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null	null	日本の隣国といえる国は何処でしょうか？ロシアは世界で一番大きな国です。ヨーロッパとアジアの両方にあり、地下にはたくさんの資源が眠っています。日本の重要な隣国でもあります。領土問題が解決していないため、「近くて遠い国」と呼ばれるロシアについて、私達はあまり知りません。ソビエト連邦が国としてロシアになった後の様子を学んでみましょう。広大な国土と多様な自然環境広大な国土ロシア連邦はユーラシア大陸の北半分に位置し、そのほとんどが日本より高緯度です。アジアからヨーロッパにまたがる世界最大の国土を持ちます。ロシア連邦の大きさは、日本の約４５倍（東西１万１０００ｋｍ）にもなります。そのため、１１の標準時帯に分かれ、東端と西端では昼と夜がほぼ入れ替わっています。行政的に、国全体は８つの連邦管区と８３の連邦構成主体に分かれています。連邦構成主体のうち２６は少数民族を中心とした共和国、自治区、自治管区です。このうち、２大都市モスクワとサンクトペテルブルクは、連邦政府が直接管轄しています。ロシアの地形は、大きく分けて次の通りです。 - 古期造山帯のウラル山脈を基準 - 極東ロシア（極東地域）かつてシベリアは、ウラル山脈より東の地域の名称でした。現在、この地域のうちサハ共和国とアムール州以東の地域を極東ロシアに分類しています。シベリアの厳しい自然特に、東シベリアから極東ロシアまでの冬はシベリア高気圧に覆われ、オイミャコン周辺は北半球で観測史上最も寒い場所とされています。春から夏にかけて、北極海に注ぐオビ川、エニセイ川、レナ川などの上流では雪が解け始めても下流では凍ったままなので、しばしば氾濫します。また、路面の凍土層が解けて路面が柔らかくなると、通行出来なくなる場合もあります。そのため、シベリア北部の鉱業都市では、ほとんどの人が飛行機を使って他の地域と行き来しています。さらに、永久凍土が多い地域では、高床式の建物も見かけます。これは、床と地面の間に空間を作り、暖房で永久凍土が柔らかくなって、建物が沈んだり傾いたりしないようにするためです。大陸性の気候と植生ロシアは、ユーラシア大陸の北部のほとんどを占めています。シベリアを含むロシアのほとんどは、冷涼な寒帯や亜寒帯気候です。国土の約３０％で、１月の平均気温が－３０℃を下回り、半年以上寒さが続きます。海の影響を受けないので、そのほとんどが大陸性気候です。そのため、一年を通して寒い時期と暖かい時期の差が大きく、春と秋の季節がとても短く感じます。厳しい気候のため、北極海沿いのツンドラ気候の地域を除き、国土のほとんどがタイガと呼ばれる針葉樹林に覆われています。東ヨーロッパ平原の南部だけがわずかに耕作出来る土地を持ち、そのほとんどが寒さと旱魃から守らなければなりません。チェルノーゼムが分布するステップ気候地帯や気候が比較的穏やかな混合林が広がる地域は、ロシアの南西部や南部の国境付近の地域に限られています。ここに多くの人が住んでいます。特に、黒海とカスピ海に挟まれた地域は、世界でも有数の保養地として知られています。ロシアの歩みウクライナに関する地名の表記を、日本政府は2022年以降から、従来のロシア語表記に代わり、新しくウクライナ語に合わせた表記に変更している。つまり、キエフ（古い） → キーウ（新しい）オデッサ → オデーサドニエプル川 → ドニプロ川など[5]。ハリコフ → ハルキウなお、キーウ（キエフ）はウクライナの首都。ハルキウはウクライナの都市のひとつ[6]。ソ連からロシアへソ連の成立と解体ロシアは２０世紀初頭まで皇帝が統治していました。しかし、１９１７年のロシア革命の後、１９２２年、ロシアの共産党は世界最初の社会主義国を作りました。これが、ソビエト連邦（ソビエト社会主義共和国）です。ソビエト連邦では、ロシア帝国の広大な国土のほとんどを手に入れました。第二次世界大戦後は、その軍事力の強さから、世界の超大国としてアメリカと対立していました。これが冷戦の始まりです。しかし、経済の停滞や民族間の対立から、１９９１年にソ連は１５の国に分裂してしまいました。以降の、ロシアはソビエト連邦の一部だった頃に比べ、世界での政治的・経済的な力関係が大きく低下しています。ロシアは最も人口が多く、国土も最も広い国です。カザフスタンなどの中央アジア諸国やアゼルバイジャンなどのカフカス地域諸国はソ連を離れ、完全な独立国家となりました。ロシアの成立ソ連がロシアに変わってから、土地も国境もずいぶん変わりました。ヨーロッパの海の玄関口であるバルト海や黒海では、海に面した国土がずいぶん減りました。また、多くの国がソ連を脱退したため、中央アジアの国境が変わりました。そのため、ウクライナやカザフスタンなど、かつてソ連に属していた国からロシアに移住してきたロシア系民族もいます。しかし、それらの国に留まる者も多く、民族紛争の火種を残しました。２０１４年には、ロシア人が多く住む地域をめぐって、ロシアとウクライナの間で対立が起きました。その後、２０２２年からロシアが一方的にウクライナに侵攻しました。ＣＩＳの結成と加盟国との関わりソ連解体後、ロシアは出来るだけ多くの共和国と仲良くしようとしました。そこで、旧ソ連構成国と一緒になって独立国家共同体（Common wealth of Independent States）を作り、政治的・経済的に協力し合う緩やかな独立国家の集まりとしました。独自の議会や憲法を持たず、首脳会議や閣僚会議も必要な時にしか開かれません。しかし、ソ連の一部だったバルト三国やトルクメニスタンは参加せず、後にロシアと大喧嘩したジョージアも脱退しました。カザフスタンとベラルーシは、今加盟している９カ国のうちの２カ国です。この共同体が出来た最大の理由は、世界各地に設置されたソ連時代の核兵器や軍事基地を処理するためでした。これらの基地は全てロシアが管理するようになっていたため、ＣＩＳは軍事・安全保障面での協力が中心で、経済面での協力はあまり行われていません。このように、ＣＩＳは緩やかなつながりのある国の集まりなので、ＥＵやアメリカに近づこうとする国もあります。多様な民族と人々の生活多様な民族を抱えるロシアロシアは多民族国家ですが、そのうち約８割がスラブ系のロシア人です。トルコ系やモンゴル系など大小１００以上の民族からなります。このうち、人口５０万人を超える民族は１５もあります。また、北極海周辺には、アジア系少数民族の住む大きな共和国や自治管区があります。さらに、カフカス地域やヴォルガ川流域には、チェチェン人やタタール人の住む共和国が多く見られます。総人口の多くを占めるロシア人、ウクライナ人、ベラルーシ人は、インド・ヨーロッパ語族のスラブ語派に分類される言語を話しています。また、アルタイ語族やウラル語族の言語を話す人々もいます。公用語はロシア語で、キリル文字が使われており、様々な民族語が話されています。宗教は東方正教（ロシア正教）が最も一般的ですが、イスラム教徒、ユダヤ教徒、仏教徒もいます。国境地域の課題ロシアの国境付近では、民族や土地をめぐる紛争が絶えず、外国人投資家の悩みの種となっています。特に、カスピ海と黒海に挟まれたカフカス地域は異民族が多く、ロシアのチェチェン共和国のように政治的に不安定な場所も少なくありません。２００８年には、ソビエト連邦の解体により独立したロシアとグルジアの国境で、軍事衝突がありました。民族間の対立が大きな原因となりました。日本は極東にある北方領土の返還を求めていますが、まだ解決していません。移行経済時代の暮らし社会経済変化と人口の変化ソビエト連邦（ソビエト社会主義共和国連邦）では、共産党が計画経済を運営していました。計画経済とは、生産、流通、販売の全てを中央の計画機関によって支配する経済体制をいいます。ソビエト連邦（ソビエト社会主義共和国連邦）が崩壊して民間企業による市場経済に転換した時、ロシア国民の生活は大きく変わりました。資本主義の発展とともに、経済の効率化が最も重視されるようになりました。この結果、非効率的な国営企業は閉鎖され、多くの人々が職を失いました。計画経済から市場経済への転換が早すぎたため、ロシア経済は他の東欧諸国の経済よりも混乱しました。ロシアの国内総生産（ＧＤＰ）は６年連続で減少し、世界恐慌時のアメリカよりも悪くなっています。ソビエト連邦時代、国民は教育、医療、社会保障を無料で受けていました。しかし、ソビエト連邦の崩壊後、これらを無料で受けられず、それに代わる制度も完全に整備されていません。しかし、物価が上がり、新たな富裕層が生まれても、失業者や退職者など弱者の生活は苦しく、貧富の差は大きくなる一方です。また、外国資本が急成長しているヨーロッパロシアとそれ以外の地域では、所得に大きな差があります。したがって、このような差を解消しなければなりません。ロシアでは自殺者やアルコール中毒者が増えているだけでなく、出生率が下がっているため、人口が減り続けています。移行経済中の人々の暮らし市場経済への転換による混乱で、食料品や日用品の不足は深刻でした。当時、小売店に並ぶのはロシアの風物詩とさえいわれました。しかし、今は経済が良くなり、消費財も増え、買い物も以前ほど苦労しなくなりました。日用品が充実し、耐久消費財の需要が高まり、自家用車が急速に普及するなど、人々の暮らしがどんどん良くなってきています。大きな変化の中で、変わらないものもあります。都市部ではほとんどの人がマンションに住み、田舎ではほとんどの人が小さな家に住んでいます。大都市では約半数の家が郊外に簡素な木造の別荘ダーチャを持ち、週末や夏休みを過ごしています。庭では農作業を楽しみ、手に入りにくい野菜や果物を採って生計を立てています。スポーツも自由な時間の過ごし方として人気があり、バレエや演劇、コンサートを好む人も少なくありません。大都市の成長政治体制が変わった後、経済危機が起こり、人々は就職先があるかどうかわからなくなりました。そのため、経済基盤の弱い農村部や地方の小都市から大都市や地方都市に人々が移動するようになりました。ウクライナや中央アジア、バルト三国を離れた多くのロシア人が大都市に移り住んでいます。首都モスクワは、人口１０００万人を超えるヨーロッパ最大の都市です。１９９０年代以降、急速に発展を遂げましたが、その成長の多くは金融などの第三次産業で起こっています。高層ビルが立ち並び、郊外には大型ショッピングモールが立ち並ぶ副都心のオフィス街は、市場経済への転換で生まれた新しいロシアの姿を表しています。モスクワが世界で最も物価の高い都市と言われるのは、それだけ多くの人が住み、移動が容易だからです。その他、サンクトペテルブルクやニジニノヴゴロド（旧ゴーリキー）など、ヨーロッパロシアの大都市も中心都市として大きく発展してきました。大きく変化したロシアの産業ロシアの農業農業分野でも、ロシアの市場経済化の影響を感じさせます。ソ連時代は、コルホーズ（集団農場）とソフホーズ（国営農場）によって大規模な生産と販売が行われていました。しかし、市場経済に移行すると、土地の個人所有が認められ、多くのコルホーズやソフホーズが民間企業に再編され、運営されるようになりました。また、生産性の高い企業的な農業への転換が容易でなく、農業法人の成長も遅れています。極東では、農産物を近隣のアジア諸国から購入する傾向が強まっています。さらに、家族経営の農家はあまり増えていません。そのため、穀物やテンサイ、油脂用の向日葵などは、ほとんどが個人所有の大農場で栽培されています。一方、ソ連時代から認められている農場では、野菜や果物、肉などを栽培し、定期市や路上で販売されています。【現代ロシアの農業形態】 - 農業組織 - 住民経営：自宅付属地や市民菜園つき別荘ダーチャなどでの小規模自給経営 - 農民経営：個人独立農場ロシアの自然環境は南北で異なり、東西に伸びる農業地帯も少なくありません。チェルノーゼムのある黒土地帯では、小麦を中心とした穀物栽培が盛んです。ヨーロッパロシアではライ麦やジャガイモの栽培が盛んで、豚や牛を飼育する混合農業が見られます。沿岸部では漁業が盛んで、日本向けの水産物製造が主な産業となっています。このように、ロシアの主要作物は、小麦、大麦中心の穀物栽培とジャガイモ、テンサイなどといった耐寒性作物です。中でも、小麦はロシアの主要輸出品目です。ロシアは作物を栽培出来る土地が豊富ですが、単位面積あたりの生産性はヨーロッパに比べると下がります。ロシアの鉱工業商業・サービス業の成長に比べ、工業の再生は各部門で大きく異なっています。ソビエト連邦時代には、ウラル山脈の南部やクズネツク炭田といった場所が、様々な種類の資源を結びつけてコンビナート方式の重工業地帯となりました。コンビナートとは、鉄鉱石や石炭などの資源とそれを利用する産業を結びつけて、計画的に設置された工業地帯をいいます。ソビエト連邦崩壊後、経済の混乱でこれらの重工業は大きな打撃を受け、低迷していましたが、少しずつ回復してきています。ここ数年、ロシアの製造業が世界的に注目されています。ロシア連邦に加盟して以来、サンクトペテルブルクの港湾や交通網は急速に発展してきました。また、自動車や家電などの産業が大きく変化し、製造業の中心地となろうとしています。２００５年には経済特区を設け、外国資本を導入し、欧米や韓国、日本などの企業も入ってきました。２００５年には、研究開発のための技術導入区と工場生産のための工業生産区が設置されました。一方、繊維産業を始めとする軽工業は、安価で高品質な外国製品に押され、不振が続いています。ロシアのサービス業市場経済への転換により、特に第三次産業が成長しました。生産活動が民営化され、価格の自由度が高まったからです。特に携帯電話やインターネットの普及で、通信・情報部門の成長は驚くばかりです。また、商業・サービス業も急成長しました。スーパーマーケットをはじめとする商業施設は、ロシア各地で見られます。進展する資源開発と厳しい自然環境資源大国ロシア現在のロシアでは、鉱物資源の開発が産業・経済の大部分を占めており、原油や天然ガスの輸出量は世界でも上位に位置しています。西シベリアは、石油や天然瓦斯が多く作られている場所です。以前は、永久凍土から原油や天然ガスを取り出すのに高い費用がかかるため、人々はそれを実行に移せませんでした。しかし、今では、それを実現しようとする動きが加速しています。また、金や鉄鉱石の埋蔵量も世界有数です。シベリアには、プラチナ、金、銅の鉱山があります。極東には、ダイヤモンド鉱山があります。ヨーロッパロシアでは、沿海州とウラル地方に最も多くの原油と天然ガスが埋蔵されています。チュメニには国内最大の油田があります。エニセイ川やヴォルガ川では、大きな水力発電所が同時に建設されています。ロシアの対外貿易を見ると、これらの鉱物資源の輸出が外貨獲得の大半を占めているため、資源を加工して付加価値をつける産業が十分に育っていません。また、すでにある油田やガス田の有効利用よりも、新たな鉱脈や鉱床の開発が重視されてきました。そのため、乱開発や自然環境の破壊といった問題が発生しています。開発を阻む広大な国土ロシアは天然資源が豊富ですが、国土が広いため、なかなか国が発展しません。首都モスクワと日本海に面したウラジオストクの間には７時間の時差があります。また、地形的に物資の運搬や通信が困難です。エニセイ川以東は山が多く、人も少ないので資源開発が進んでいません。鉄鉱石を除き、ロシアの鉱物・エネルギー資源の多くは、東部と北部に偏って分布しています。そこで、シベリア鉄道やバム鉄道、パイプラインなどの長距離輸送路を整備し、これらの資源を輸出して国内で利用出来るようにしました。ロシアと世界の結びつき北極を中心に描かれた地図を見ると、カナダ、アメリカ、日本、中国、ＥＵが、世界最大の国であるロシア（ＥＵ）に寄り添っています。つまり、ロシアは世界経済に大きな影響を与える国々に囲まれているため、地理的・経済的に有利な立場にあります。ロシアは、資源大国です。シベリアや北極海沿岸には石油や天然瓦斯などの地下資源がたくさんあり、石油や天然ガスを中国や日本に送るパイプラインの建設も計画されています。しかし、現時点、エネルギーの結びつきはＥＵ諸国が中心です。サハリン（樺太）の石油や天然ガス、極東ロシアの石炭、海産物、木材などが日本への重要な輸出品となっています。
null	null	高等学校地理B/地誌南アジア地形と気候インド半島は、中部から南部が（デカン高原に相当する地域が）、大陸移動説でいう旧ゴンドワナランドに相当し、安定陸塊(あんていりくかい)である。ヒマラヤ山脈は、プレートテクトニクスでいうところの、インド＝オーストラリアプレートと、ユーラシアプレートが衝突してできた。気候は、モンスーンの影響によって、雨季と乾季がある。夏が雨季である。冬は乾季である。夏（4月〜10月）は海洋から吹く南西からの風の影響により、夏が雨季である。冬（11月〜3月）は大陸から吹く乾燥した風の影響により、冬が乾季である。しかし、いくつかの地域では、地形の事情により、年中、雨の少ない、乾燥帯となる。さて、デカン高原の土は、玄武岩が風化してできたレグール（regur）という土である。インド地方のデカン高原の地域の多くで綿花が栽培されている理由も、おそらくはレグールの特性を利用した産業によるもので、このレグール土は黒色で保水力が大きく、また綿花の栽培に適しているから、綿花の栽培が盛んになったのだろうと地理学では考えられている。 - ※ このように学習では、土壌の性質と産業を関連づけて学んでほしい。インド半島の東がわにある大きな川がガンジス川。西がわにある大きな川がインダス川。ガンジス川下流に広大なデルタ（三角州）が広がり、農業などに利用されている。建国・独立第二次大戦前はイギリスの植民地であったが、1947年にヒンドゥー教の多いインドと、イスラム教の多いパキスタンが、イギリスから別々に独立した。1948年にスリランカが独立した（当時の国名はセイロン）。また、バングラディシュは、パキスタンから分離独立した。宗教宗教インド、ネパールはヒンドゥー教が盛ん。インドは、特定の宗教を国教にしていない。 - ※ 裏を返すと、インド以外の近隣諸国では、特定の宗教を国境にしている近隣国も多い。たとえばインドの隣国であるパキスタンは国教をイスラム教にしている。インドの隣国のバングラデシュも、イスラム教を国教にしている。 (まとめ) - パキスタン、アフガニスタン、バングラディシュはイスラーム教が盛ん。 - ブータン、スリランカは仏教が盛ん。スリランカを通して東アジアへ伝わった仏教を大乗仏教という。 - （※ 発展または範囲外 :）バングラディシュは隣国ミャンマーからのイスラーム教徒ロヒンギャの受け入れもしている事も押さえると良い。 - ※ スリランカの憲法では、仏教を準国教（国教に準ずる（国教っぽい、という意味）ような扱い）にしている。ヒンドゥー教についてヒンドゥー教は、ビシュヌ神やシヴァ神などを信仰する多神教である。（※ 神様の名前は、地理の範囲外なので、おぼえなくて良い。ただし、「倫理」科目や「世界史」科目では、シヴァ神は有名な神なので、私大や国立文系2次では問われる可能性もある。）ヒンドゥー教では、牛（うし）を神聖な動物と見なす。牛そのものが神様のひとつだったり、牛が神様の乗り物だったりする。なので、ヒンドゥー教では牛肉を食べない。しかし、牛乳を飲むのは構わない、とされる。ガンジス川を神聖な川としており、ガンジス川での沐浴（もくよく）で、現世での宗教的な汚れを落とせる、とヒンドゥー教では考えている。輪廻転生（りんねてんせい）を信じている。カースト制と呼ばれる身分についての慣習があり、これが身分差別につながることから、現在では憲法によってカースト制は禁止されている。だが、あいかわらず、身分についての差別が強い、と日本では一般的に言われている。イスラム教と混同しないように。イスラム教についてイスラム教は一神教である。イスラムの神は、アラーの神だけである。イスラム教では、ブタを汚れた動物と見なす。なのでイスラム教では、ブタを食べない。イスラム教の経典は、コーラン（クルアーン）である。インドの人口 2011年の時点で、インドの人口は12億人ほどである。なお、第二次大戦直後の独立のころのインドの人口は約3億人である。このように近年のインドの人口が多いため、世界の投資家などの予想で「インドは生産者・消費者の人口も多いから、きっと経済発展するだろう」的なことを、各国から考えられ、各国からインドに投資されている。緑の革命第二次大戦直後ごろのインドは、多い人口に食料生産が追い付かず、慢性的に食糧不足の国だった。しかし、1960年代からの「緑の革命」による農業改良によって、農業の生産量が向上した。そして1980年代には、インドは食料の自給が可能になった。一方で、農家によっては高収量品種や大量の化学肥料を導入できない場合もあるため、貧富の差が拡大する傾向がある。白い革命近年のインドで、ミルクや乳製品の生産量が増えたことを「白い革命」という。インドの経済発展により、ミルクなどの需要が増えたため、ミルクなどの生産量も増えた。ちなみに近年、宗教的な禁忌の少ない鶏肉の消費や生産が増えたことを「ピンク革命」という論者もいる。（帝国書院「地理総合」がピンク革命を紹介。）カシミール問題カシミール問題とは、インドとパキスタン、さらに中国が、カシミール地方の領有をめぐって対立している領土問題のことである。インドインドの農業「緑の革命」「白い革命」にくわえて、以下のことが重要である。インドでは、アッサム地方が世界的な茶の産地。なぜならアッサム地方には傾斜地が多く、また、茶は水はけのよい場所で栽培しやすいので。 ※ インドの茶は「チャイ」と呼ばれる。そのほか、ダージリン地方が紅茶の産地。ダージリンは、アッサム地方の西にある。麻袋などの原料になる植物のジュートの栽培が、ガンジス川下流のデルタ地帯で行われている。稲作が、ガンジス川の中流〜下流の各地で行われている。小麦の栽培が、インド北西部のパンシャブ地方や、ガンジス川上流を中心に行われている。これら（パンジャブ地方、ガンジス川上流）は、降水量が少ない、インド北部の内陸部である。 ※ インドのパンのような料理で「ナン」というものがある。このようにインドでは小麦が主食。こういうのと関連づけて覚えよう。インドはバナナの生産量が、世界一である。（2017年度センター地理B追試験。なお、知らなくてもセンター問題は解けるようになってる。）日本ではフィリピン産のバナナが有名だが、なんとフィリピンのバナナ生産量は世界3位でしかない。バナナ生産量の世界2位は中国である。（2017年度センター地理B追試験の統計によると、2012年次統計として、） - 1位: インド, 26.0% - 2位: 中国, 11.3% - 3位: フィリピン, 9.0% - 4位: エクアドル, 6.9% - 5位: ブラジル, 6.9% （「FAOSTATにより作成」とのこと）インドの牛肉輸出量は世界一（2017年）。（※ 高校の帝国書院「地理総合」）ヒンドゥー教では牛は神聖な動物なのでヒンドゥー教徒が牛を食べることは、普通、ない。しかし、インドの人口すべてがヒンドゥー教徒なわけではなく、インド内にいるムスリムは牛肉を食べることや、またインドではミルクなどの生産のため牛を飼っている事もあり、大量の牛がいるので、ミルクを出せなくなった牛が外国に食肉として輸出されたりするのが現実であるとのことである。 - ※ 統計は年度によって変動するからそこまで覚える必要はないとしてヒンドゥー教国の、インドもほかの牛肉輸出国のブラジル、オーストラリア、アメリカの各国に匹敵するかそれを上回る牛肉輸出国である事実は知っておこう。なお、インドの茶であるチャイにもよくミルクを入れるとのこと。インドの工業インドではIT産業が発達している。インド南部にあるバンガロールにIT産業の工業団地があり、IT産業が発達している。このためバンガロールが「インドのシリコンバレー」と呼ばれている。インドでは英語が補助公用語になっている。このため、アメリカと貿易をしやすく、アメリカ企業からインドのIT産業に投資されている。インドとアメリカの時差が約12時間である。このため、アメリのIT企業がインドのIT企業に注文をだすと、アメリカでの夜中のあいだにインドは昼間なので仕事が進むので、アメリカの翌朝までにインドからアメリカにインターネットで成果が届き、アメリカからすれば翌朝には仕事が片付いているので、便利である。東部のダモダル川の下流域が、第二次大戦後に工業地域として開発され、周辺の炭田（石炭）や鉱山（鉄鉱石、ボーキサイトなど）も開発され、この地域では重化学工業などが発達している。また、インドでは近年、自動車の生産が、デリーやムンバイなどで、増えている。インドの首都であるデリーはインド北部にある。デリーでは自動車工業と綿工業が盛ん。インド西部の沿岸部にあるムンバイでは、自動車工業と綿工業が盛ん。その他、零細（れいさい）な繊維（せんい）工業が、それらの原料である綿花やジュートの産地の近くの地域で盛んであり、家内工業で紡績などをしている。インドの経済第二次大戦後、インドは工業の国産化を重視したため、重化学工業を公営企業化した。第二次大戦後、軽工業など重化学工業以外の工業は民営化したが、外国からの参入などを規制して、国内産業を保護した。しかし、経済競走がとぼしく、そのためインドの経済力が落ちた。よって、経済改革をするため、1980年代から部分的に経済統制をゆるめていき、そして1991年には経済開放によって経済をほぼ全面的に自由化した。この1991年の改革によって、外国との取り引きや、外国企業の参入なども、規制緩和された。農村と都市との非常な貧富の格差がある。その他、インドについてインドではヒンドゥー教を信仰している。ヒンドゥー教では牛（うし）は神聖な動物として扱われるため、インドでは牛が神聖な動物として扱われる。インドの公用語はヒンディー語。だがじっさいには、準公用後の英語がインドでは普及している。インドは核保有国である。（※ 高校「地理」の教科書・参考書にはインドの核保有について書いてないが、たぶん「政治経済」「世界史」あたりの教科書・参考書に書いてあるはず。）かつてアメリカ合衆国など核不拡散を主張する国々により、経済制裁をインドはされたが、現在はその制裁が解かれている。インドの女性の民族衣装としてサリーがある。インドは、BRICs（ブリックス）のひとつ。BRICsとは、ひとむかし前に経済発展の予想された4つの大国（領土が広く、人口が多いという意味での大国）であるブラジル(Brazil)、ロシア(Russia)、インド(India)、中国(China)のことで、頭文字をあわせている。インドのおもな宗教はヒンドゥー教だが、じつはイスラム教徒も少しはいる。またシーク教徒やキリスト教徒も、インドにいる。インドからの移民が、欧米などにいる。インドでは英語が準公用語なので、欧米で働くのに有利であり、IT業界のインド人技術者などでは、アメリカ合衆国やイギリスなどに移住していく人も多い。ちなみに、インドからの世界各地への移民のことを「印僑」（いんきょう）と、日本語では言う。パキスタンパキスタンの位置は、インドから見て、西側にある。つまり、アラブ地方側に近い位置にある。つまり、インドから見て、インダス川の方向に、パキスタンはある。宗教はイスラム教が盛ん。領土問題で、インドとのあいだにカシミール地方の領有をめぐる領土問題がある（カシミール問題）。ウルドゥー語を国語とし、英語を公用語とする。インドとは、友好的ではなく、しばしば国境沿いで武力衝突などが起こる。農業は、綿花や小麦が盛んである。（インド西部のインダス川方面の農業に近い。インド西部の農業と関連づけて覚えよう。）パキスタンは核保有国である。（※ 高校「地理」の教科書・参考書にはパキスタンの核保有について書いてないが、たぶん「政治経済」「世界史」あたりの教科書・参考書に書いてあるはず。）国民の多くは貧困層でテロが起きるなどして治安が悪い。バングラデシュバングラデシュの位置は、インドから見て、東側にある。つまり、東南アジアに近い側にある。宗教はイスラム教である。バングラデシュの位置は、ガンジス側の下流のデルタ地域の近くにある。このため、農業が、インドのガンジス川の中下流あたりの農業に近い。バングラデシュの農業は、米（こめ）とジュートが盛ん。（インド東部の農業と関連づけて覚えよう。）雨季に、洪水の被害を受けやすい。また、サイクロンの被害を受けやすい。バングラデシュの公用語はベンガル語。そもそも国名の「バングラデシュ」は「ベンガル人の国」という意味。バングラデシュは、1971年にパキスタンから分離独立した。国の経済はとても貧しい。国民の多くは貧困層である。スリランカスリランカは、インド洋にあり、島国である。茶の栽培が盛ん。夏に雨が多く、高温。また、傾斜地が多い。茶の栽培をしやすい場所とは、降水量が多く、高温で、水はけの良い場所である。スリランカは、このような特徴を満たしている。つまり、スリランカは、気候が夏には降水量が多く、高温であり、また地形は傾斜地が多い。宗教は仏教が盛んである。その他の国 - ネパールネパールはヒマラヤ山中にある国であり、内陸国（ないりくこく）である。宗教では、ヒンドゥー教徒が多い。ネパール人の8割はヒンドゥー教徒。釈迦の生誕の地とされ仏教も信仰されている。（※ 地理的なイメージから、ブータンと混同しやすいので、注意。） - ブータンブータンはヒマラヤ山中にある国であり、内陸国である。ブータンの国境は仏教（チベット仏教）。 - モルディブインド洋に浮かぶ島国。漁業と観光が産業。国教はイスラム教。
null	null	高等学校地理B/地誌東アジア朝鮮半島 2016年現在、朝鮮半島には、大韓民国(通称・韓国)と朝鮮民主主義人民共和国(通称・北朝鮮またはDPRK)という２つの国がある。 20世紀初頭は朝鮮国(日清戦争後は大韓帝国)という国だったが、日清戦争・日露戦争後に、朝鮮は日本に併合され（韓国併合）、植民地になった。このとき、日本本土と同様に近代化政策が朝鮮半島でも進められた。 1945年の日本の敗戦により、名目上は朝鮮民族の独立国として、1948年に韓国と北朝鮮が独立した。しかし、終戦直後からしばらく、韓国はアメリカ合衆国の属国、北朝鮮はソビエト連邦の属国だった。韓国と北朝鮮の戦争である 1990年に韓国と北朝鮮は同時に国連に加盟した。 2016年の現在、北朝鮮と日本とは国交が無い。近年、北朝鮮は核実験を成功させ、たびたびミサイル実験を行っている。 - （※ 範囲外 :）方角の関係から日本に向けてミサイルを発射するため、日本国内ではかつてないほどに北朝鮮を恐れ憎む感情が大きくなっている。（※ ほぼ2016年代の事実だが、しかし検定教科書やセンター入試では、日本の現在世論への言及は控えている。） - （※ 地理の範囲外: ）そのため日本の世論では、北朝鮮への強硬策をとなえる人やその強攻策を支持する人も多い。 - （※ 検定教科書の事情:）基本的に確定した政策以外、検定教科書やセンターには出ないので、「強攻策が」どうのこうのは検定教科書・大学入試には出ないのが通常。もし出るとしても『政治経済』科目の担当。韓国概説韓国の経済では最近は、工業の発展が目覚ましい。とくに電子機器や半導体など電子機械の分野では、世界的にも競争力が高い。自動車産業や造船業もさかんである。 - 韓国の女性の民族衣装（みんぞくいしょう）のチマ・チョゴリ。チョゴリとは上着のことで、チマとはスカートのこと。 - 伝統的なズボンは「パジ」と言う。韓国の民族衣装では、女性用の民族衣装であるチマ・チョゴリが有名である（センター試験などにも「チマチョゴリ」は出やすいようだ。センター対策の参考書にも紹介されている。ほかにも男性用の民族衣装などもあるのだが、あまり有名でなく、入試に出ないだろう）。現在、日本と韓国は国交がある。1965年の韓国の経済では、 1997年のアジア通貨危機では、韓国も大きな打撃を受け、韓国の通貨ウォンは暴落し、韓国は一時的にIMF（国際通貨基金）に経済をゆだねることになった。その後、韓国経済は回復し、今日の繁栄に至る。教育については、韓国はかなりの学歴社会であり、近年では大学など高等教育機関への進学率がほぼ80％を超えて世界最高の水準である。なお、大学の学費は、韓国では有料である。韓国は国土面積が小さいわりに、人口が4800万人と多いので、人口密度が高い。しかも、首都ソウルに人口が集中してるので、ソウルが過密である。このため、韓国は日本と同様に食料自給率も低く、韓国の食料自給率は約50％である（なお日本の食料自給率は約40％である）。 - ^ 当時はベトナム戦争の最中であり、後方であり、同盟国の日本と韓国の間に国交がないことが不都合であるとアメリカが認識したことが、日韓の国交回復をうながした背景にある。また、互いに都合のいい解釈の余地を残したことから、1990年代以降、戦後補償問題についての原因ともなった。地形と気候朝鮮半島の国土は、安定陸塊であり、地震がほとんど無い。韓国の南部の沿岸は、リアス式海岸になっている。韓国の気候は、夏は韓国も太平洋の気団の影響を受けて暑くなるが、冬にはシベリア気団の影響で寒くなる。そのため、同緯度の日本や中国の各都市と比べて、韓国は1年の温度差が大きい。「オンドル」という、伝統的な床暖房のためのカマドがあるのも、そもそも韓国の冬が寒いからである。ハングル韓国の文字をハングルという。漢字ではなくハングルが、韓国では国語の文字として用いられている。ハングルは15世紀に朝鮮王朝が制定した表意文字である。15世紀の当時は、支配層は漢字を用いていたが、平民は識字率が低く、そのため平民にハングルを普及させて識字率を高めようとしたのである。近現代になってハングルが普及する前は、韓国の政府などでは漢字を多く用いていたので、漢字に由来する言葉が韓国にも多い。現在の韓国では、民族固有の文字を重視する政策のため、漢字は日常語としては用いられていない。宗教など儒教の影響が強い。そのため、父親の権力が強い・女性は結婚しても女性の父方の姓を名乗るなど、儒教による制度の名残が今も残っている。また、韓国ではアジアの中ではキリスト教徒が多い国の一つで、全人口の30％ちかくはキリスト教徒とされる。韓国の戦後経済韓国の工業化 1960年代までは、韓国は農業国、または繊維産業などの軽工業の国だった。 1960年代後半からは工業化が進んでいき、1970年代に鉄鋼や造船や石油化学など重工業も発達し、「工業団地が、首都ソウルを中心につくられた。ソウルでは、機械工業が盛んである。また外港のインチョン（仁川）で、造船が盛んである。なお、インチョンには国際空港もある。また、日本海側の沿岸部のウルサンやポハンで、工業団地が作られ、その工業団地で工業が発達した。ポハンは鉄鋼、ウルハンは鉄鋼および石油化学である。資源を輸入するのに、臨海部のほうが有利だからである。このように、ポハンとウルサンが、臨海型の工業地域を形成している。また、このような発展により、アジア 1990年代ごろから、韓国では電子機械工業や自動車工業が発達した。 1996年に、韓国は、おもに先進国からなるOECD（経済協力開発機構）に加盟した。一方、韓国に進出していた外国企業が、韓国の賃金の上昇により、韓国から撤退していき、外国企業は中国や東南アジアなどに工場を移していった。また、都市を中心に工業化が進んだことから、韓国では都市と農村との経済格差が出て来た。農村から、多くの労働者が、仕事を求めるなどの理由で、都市に流入していった。2016年の現在、総人口の約5分の1にあたる1000万人以上がソウルに居住している。韓国ではインターネットやブロードバンドの普及率が高い。 2011年2月に韓国は、アメリカ合衆国とのFTA(自由貿易協定)に調印。近年では、プサン（釜山）が韓国最大の貿易港であり、世界的にも規模の大きい貿易港である。韓国の農業 1970年代から、韓国では、農村の所得の低さを解消する目的のために、農地の整備などを掲げたセマウル運動が行われ、灌漑の導入、農業機械の導入などが行われ、韓国農業は生産性が向上した。韓国は輸出を基盤とした経済のため、農産物の貿易については、米以外の農産物の輸入を自由化しており、そのため中国産の低価格の野菜との競走では、韓国の野菜農家は不利である。 - ^ 1970年代当時の「NIES」(振興工業経済地域)とは、一般に韓国、シンガポール、香港、台湾の4地域のことをいう。日本との文化交流 1980年代まで、韓国は、日本文化の流入を規制してきた。しかし、1990年ごろから、日本の文化の流入を開放した。 2002年には、日韓共催サッカーワールドカップが開かれ、両国の関心をあつめた。また、2000〜2005年頃、韓国製ドラマが、「これにはアジア通貨危機の際に、国家的経済危機に陥った韓国が経済回復のために、IT・コンテンツ産業を振興させたという背景がある。そのため韓国のインターネット普及率は日本のそれ以上である。また2010年ごろに日本で第一次K-POPブームが巻き起こったのには韓国国内で違法ダウンロードなどが増え国内の市場が縮小したことが要因の１つになっている。北朝鮮首都はピョンヤン。政治は社会主義であり、北朝鮮は、ソ連や中国を手本とした計画経済の国であった。しかし、指導者が、農業など産業の知識が乏しいのに口出しをするという（たとえば、農地を広めるために山の森林を大量伐採して、洪水を引き起こすなど）ずさんな経済政策や、軍事費の過大な負担などのため、資源が比較的多く、戦前・戦中に日本企業の導入した工場設備なども比較的に多かったこともあり、北朝鮮では重工業化が戦後の早くから進んだ。しかし、経済政策の失敗から、1970年代以降の経済力・工業力は韓国に追い抜かれている。外交問題として、日本とは国交がない。そして、北朝鮮の工作員に日本人がさらわれたという、なお、北朝鮮は核開発をしているので、アメリカを中心とした多くの国から経済制裁を受けている。核兵器を持っていることが公式に認められている国は、アメリカ・ロシア・中華人民共和国・フランス・イギリス・インド・パキスタンである。北朝鮮は、この核兵器開発をみとめない諸国の姿勢を、アメリカ中心の姿勢だとして批判している。中国地形中国西部は、山脈や高原などの高地である。いっぽう、中国東部は平原などの低地である。人口は、東部に集中している。黄河（こうが）の中流の周囲に、黄河と長江のあいだあたりに、ホワイ川がある。このホワイ川は、1月の平均気温0℃と年間降水量1000mあたりの線に近く、地理学では大切であるので、チンリン＝ホワイ線という。チンリンとは、チンリン山脈のこと。つまり、農業では、チンリン＝ホワイ線よりも北が小麦などの畑作地帯である。チンリン＝ホワイ線よりも南側が稲作地帯である。解説中国（中華人民共和国）は、人口が約13億人であり、世界でもっとも人口が多く、世界の人口の約5分の1をしめている。 - ・首都：ペキン（北京） - ・面積：約963万 km2 - ・人口：約13億8000万人（2014年） - ・主な言語：中国語 - 第二次大戦後の歴史第二次大戦が終わると、国民党と共産党との内戦が起きた。そして、毛沢東ひきいる共産党が勝利した。国民党は、台湾に逃げのびた。こうして、中国は、毛沢東ひきいる共産党の主導のもと、1948年に中華人民共和国として建国され、社会主義の国となった。そして、中華人民共和国の建国の初期に、多くの企業が国有化された。そして、1958年から大躍進政策とよばれる農業・工業の大増産を行うが、中国の実情を無視した計画により、逆に人口問題中国は、1組の夫婦の子供の数は1人だけとする一人っ子政策を1979年から行っている。ただし少数民族は、一人っ子政策の適用外である。おもに、漢民族が、一人っ子政策の対象である。このため、現在、人口の増加は抑えられている。かわりに、高齢者の割合がふえるしかし、法律に逆らって、2人目の子どもを産んで、出生届を出さない事態も起きている。出世届けが出されないため、その子には戸籍がない。このように戸籍を持たない子どもは、「闇っ子」のような意味でヘイハイズ（黒孩子）と呼ばれる。都市よりも農村で、無戸籍の闇っ子が多く見られる。また、中国人は、あと継ぎや労働力として男子が欲しいようで、女の子が産まれても処分するようであり、そのため人口比が男に片寄り始めている。そういった弊害もあって、一人っ子政策の見直しがされている。両親とも一人っ子の場合には第二子が認められたり、また、第一子が女子の場合には第二子が認められる場合もある。民族中国の人口のうち、9割の民族は漢民族(かんみんぞく)である。漢民族は、おもに中国東部に住んでいる。ある国で、多数派でない民族は、少数民族という。中国は50以上の少数民族を持つ多民族国家である。おもな民族は、漢民族、ウイグル族、モンゴル族、チベット族、ミャオ（苗）族、朝鮮族、ホイ（回）族、チョワン（壮）族、などである。中国は第２次世界大戦のあとにチベットとウイグル地方を侵略し併合したので、チベット人とウイグル人は、中国の少数民族になっており、チベット民族やウイグル民族として扱われている。中国政府は、少数民族の自治区をもうけており、チベット自治区などをもうけており、伝統文化などを保護しているが、少数民族の中国からの独立などは認めていない。そのため、中国の支配に対する抵抗運動などがチベットやウイグルなどで、たびたび起きている。こうした独立運動に対して中国政府が厳しい弾圧を加えていること、漢民族との政治的・経済的格差が生まれていることから、人権問題として批判されることが多い。チベット仏教の最高指導者であるダライ・ラマ14世（14th Dalai Lama）は、1959年にインドに亡命した。参考: 独裁政治 - （高校教科書では、あまり触れていない。）政治制度に関しては、社会主義であり、民主主義では無い。共産党が政治の決定権をにぎっており、事実上は、中国共産党による独裁政治の国である。たとえば政治指導者は、中国共産党内部で決定され、国民からの直接の選挙では選ばれていない。1989年には、天安門で民主化をもとめる学生の抗議運動がおきたが、この運動は弾圧された。この天安門での抗議運動に関する事件を農業中国は農業の大国である。中国のおもな農産物は、米、トウモロコシ、小麦である。農業は、華南（「かなん」、意味：中国の南部のこと）や華中（かちゅう、意味：北部と南部のあいだ）では、雨が多いため、米の生産が多い。また、これら南部では、茶の生産も盛んである。つまり、中国の南部では、米と茶の生産が盛んである。東南アジアに近いハイナン（海南）島のあたりでは、年に2回、米を作る二期作も行われる。華北（「かほく」、意味：中国の東北部）では、雨が少ないため、小麦・大豆などの畑作が多く、また、コウリャンという雑穀の一種を生産している。なお、近年では、日本などから寒さに強い品種改良された稲を導入するなどして、中国北部でも米の生産もするようになった。西部は、乾燥しており、あまり農業にはむかず、遊牧などの牧畜が中心である。中国は、小麦の生産量が世界1位である。（2位インド、3位アメリカ。）中国北部やインド内陸部などの乾燥地帯の農業では、小麦など乾燥に強い作物の畑作がさかん。 2000年頃から、中国人の食生活の変化により、肉類の需要が増えたため、飼料用作物としてトウモロコシや大豆の消費が増えた。このため、アメリカなどからのトウモロコシや大豆の輸入が増え、中国は近年（2016年に記述）では大豆の輸入国に転じている。農産物の品質管理能力が低い企業も多いようで、2000年ごろから中国産の農産物に有害な物質が混ざるなどして、消費者に健康被害が出る問題が発生・発覚している。食文化と地域差中華料理の地域料理は農作物の分布に対応している。南部では稲作が有利なため、ビーフンなどの米を使った地域料理が多い。いっぽう北部の地域料理には、小麦を使ったものが多い。こうした農作物の分布の違いに加えて、文化や風土の差異から様々な料理が生まれた。日本では北京・上海・広東・四川料理が知られる。北京料理は、北京が明・清時代に首都であったことから北京ダックなどのように宮廷料理をルーツとしているものがある。また、畑作や牧畜が中心のため、米よりも小麦を使ったものが多く、魚よりも肉がよく使われる。日本でなじみ深い麺類(ラーメン)や上海料理は、現在の上海の地域が中国の穀倉地帯であったこと、長江流域に属することから米と豊かな魚介類を使った料理がメインである。日本では広東料理は、広東省一帯が古くから貿易で盛んだったことから様々な食材が使われてきた。くわえて、海に面しているため、魚介類を中心とした素材のうま味を生かした薄味の料理が多い。日本では飲茶やふかひれスープなどがよく知られる。四川料理は、四川省一帯の料理である。長江流域の内陸のため、湿度は一年中高いが、気温は夏冬の差が激しい。そのため、体調をととのえるとされる香辛料をふんだんに使った料理が多い。食材には肉や川魚がよく使われる。日本でよく知られているのは麻婆豆腐や担々麺である。また、茶の原産地であり、茶を飲む習慣もここから始まった。なお、少数民族の自治区では、その民族独時の文化や風土にねざした料理もある。（※ 中国の地域料理の出題が、入試に出やすい。地域料理の分布の傾向には例外もあるだろうが、そのような瑣末な例外的知識は一般の高校生には不要なので、そういう瑣末な知識を問う大学は、相手にしないほうが良いだろう。）工業工業は、人件費の安さを利用している。そのため、世界の多くの国に中国の製品が輸出されており、中国は「世界の工場」とも言われている。南部の沿岸部の地域などに経済特区が多く、そのため工業地帯も南部の沿岸部に多い。南部の香港（ホンコン）の近くにあるシェンチェン（しんせん、深圳）市が経済特区であり、シェンチェンなどを中心に工業が発展している。 - （※ wiki編集上の技術的な注意 :）「深圳」の「圳」は日本語のコンピュータ環境では、文字化けの可能性があります。このため、ビジネス文書などでは慣用的に「シンセン」、「深セン」などと書く場合があります。南部とは別にも、中国東北部には第２次大戦の前から日本の旧・満州国への投資などで発達していた工業地帯があり、戦後も東北部の工業地帯が重工業の地帯になっている。（※ 検定教科書にも、旧・満州国の設備が、第二次大戦後の中国での重工業に役だったということが普通に書いてある。）東北部では、アンシャンに鉄山があり鉄鉱石の産地であることもあり、第二次大戦後には東北部で重化学工業が発達した。なお、華中のウーハン（武漢、ぶかん）にも鉄鋼コンビナートがある。第二次大戦後、アンシャン、パオトウ、ウーハンで、工業化が進められた。なお、東北部のターチン油田で、石油が産出する。そのほか、鉱産資源としてレアメタルがレアアースの産地が中国になる。経済政策の歴史第２次大戦後、中国の経済は、市場経済を禁止して、政府が経済を管理する、計画経済の経済政策を取った。また、農村の集団化のため、人民公社（じんみんこうしゃ）を設立した。しかし、計画経済がうまくいかず、中国は経済発展が遅れた。1980年ごろから、経済のおくれを取り戻すため、鄧小平（とうしょうへい）の指導により、市場経済を部分的に取り入れていく改革・開放政策に転じ、また、経済特区をシェンチェン（しんせん、深圳）市やアモイ（廈門）市など一部の地域に導入した。また、この頃、人民公社を廃止・解体した。（なお現在、経済特区に指定されている都市は、アモイ、スワトウ、シンチェン（しんせん、深圳）、チューハイ、ハイナン島であり、いずれも華南の沿岸部。）農村でも、自治体が企業として生産活動をする郷鎮企業（ごうちんきぎょう）が設立された。また、生産請負性が導入された。生産請負性とは、国に一定量の請け負い分の農作物を納めたら、それ以上の農作物は自由に販売してもいいという制度である。 2001年には、中国はWTO（世界貿易機関）に加盟した。近年の中国は貿易黒字であり、その結果、外貨準備高は世界最大である。欧米や日本などの工場も、人件費の安さや、人口の多さによる消費者の多さを当てにして、おそくとも2000年ころからは、多くの外国企業の工場などが中国各地に進出した。ただし、すでに1970年代から、中国の経済特区には外国企業が進出していた。 2000年代の頃の中国の工場では、液晶テレビ・エアコン・冷蔵庫なども生産できるようになった。そのため、中国は、テレビ・エアコン・冷蔵庫など家電の一大生産国になった。こうして2000年〜2010年代、中国は、経済の規模がアメリカや日本につぐ経済大国になり、中国のGDP（国内総生産）も世界2位になった。（なお、GDP世界1位はアメリカ合衆国。GDP世界3位は日本。） 2010年の時点では、中国のGDPは世界2位であり、2015年までは中国がGDP世界2位のままである。（なお、日本のGDPは、2010年〜2015年では世界3位である。） GDPは、所得の水準ではない。所得の水準では、中国は、日本やアメリカと比べ、所得が低い。仮に、日本やアメリカが平均的に高所得の国だとしたら、中国は中所得の国だろうし、インドやベトナムは低所得だろう。つまり、中国経済は、中所得の国ではあるが、人口が多いため、GDPが世界2位である。中国は、BRICs（ブリックス）のうちの一国として、各国の投資家などが経済発展を期待している。BRICsとはブラジル（Brazil）、ロシア（（Russia）、インド（India ）、中国（China）のこと[1]。 BRICsは国土と人口と資源の多いから、経済発展するだろうと期待された4国のことである。しかし、近年では、中国でも人件費が上昇しつつあり、外国企業は、より人件費の安いベトナムなどの東南アジア諸国に工場を移している。なお、中国に進出する外国企業については、地元中国と共同で設立された - ^ 近年はsを大文字のSとして、南アフリカ共和国(South Africa)を含めることが多い。格差問題中国では、貧富の格差もとても大きい。とくに、内陸部の農村部は貧しい。そのため、農村部から出稼ぎなどで、沿岸部などの都市部に働きに出る。農村部から出稼ぎに来る人たちを「農民工」（のうみんこう）あるいは「民工」（みんこう）と言う[1]。また、中国では、農村から都市へ人口が流入している。このような、中国での農村から都市部への人工流入の現象を民工潮（みんこうちょう）という。中国の経済は、その貧富の格差によって、人件費を低くおさえているという面もある。中国では、戸籍の変更が困難であり、原則的に農村で生まれたら、農村の戸籍のままである。したがって出稼ぎ労働者は、戸籍は農村戸籍のまま、都市に出稼ぎにきている人が多い。農村出身者は、たとえ都市に住居を構えても、戸籍は農村戸籍のままである。中国の法律・制度などによる出稼ぎのありかたでは、都市に住居が確保されてる場合などにかぎり、都市に出稼ぎしてよいのであるが、じっさいには都市に住居を確保しないまま違法に出稼ぎしている場合も多い。 - ^ 「工」の字があるが、日本語での「工業」の「工」とは意味合いが違い、中国語の「工場」などの「工」の意味は製造業に限定せずに労働一般の意味である。たとえば中国語の「工場」なら、日本語でいう「仕事場」「作業場」のような意味である。その他 2008年には北京オリンピックが開催された。2010年には、インターネットや携帯電話やテレビなどは、都市部を中心に普及している。しかし - 華僑中国人は、中国の本国とは別の場所にも多く移住している。世界中のいろんな国に中国人は移住しており、それら外国にいる中国人を - 開発 2000年頃から、「西部大開発」として、開発の遅れていた内陸部や西部の開発が進んでいる。理由は、主に経済格差を解消するためや、あるいは、すでに沿岸部の開発が進んで沿岸部は開発の余地が減ったこと等だろう。西部大開発により、道路や鉄道の基盤が整備され、ガスや電気が整備されている。重慶（じゅうけい、チョンチン）やチベットなどが、開発されている。 2009年に、内陸部の湖北（こほく、フーペイ）省で、長江（ちょうこう、揚子江（ようすこう）とも言う。）ぞいに、サンシヤ（三峡、さんきょう）ダムが完成した。ダムの建設により、長江の水の流れがせき止められるので、生態系への影響が各国の環境保護団体により心配されている。鉄道の建設も、各地で進んでいる。西部のチベット自治区では、青蔵（せいぞう）鉄道が2006年に開通した。環境問題 - 大気汚染工業地帯や都市を中心に、大気汚染が深刻である。理由は主に、燃料の石炭などが大量に燃やされているため。 - 酸性雨大気の汚染にともない、酸性雨の被害も発生している。 - 森林破壊耕地を広げたり、工業地域や商業地域の開発などのための無理な森林開拓により、森林破壊も起きている。 - 水質汚染工場などから出る排水などによる、水質汚染も各地で深刻である。川の魚が大量に死んだりする事例も多く発生している。中国の国民1人あたりのエネルギー消費量は世界の平均と比べて低く、経済発展によるエネルギー消費量の上昇にともない、これから、まだまだ環境破壊が進むおそれもある。領土問題 - （高校地理の検定教科書では、あまり触れていない。）中国は周辺国との領土をめぐる争いが多い。東南アジア諸国と中国とのあいだでは、スプラトリー諸島（Spratly Islands、中国名：日本とは、韓国・北朝鮮ともホンコンとマカオホンコン（香港）は、1997年にイギリスから中国に返還された。一国二制度によって、例外的にホンコンでは資本主義制度をはじめとしたイギリス領時代の制度が認められている。第二次大戦後は軽工業や機械工業が盛んだったが、近年ではホンコンは金融の中心地にもなっている。マカオはポルトガルから1999年に返還された。マカオもホンコンと同じように一国二制度の対象となっている地域である。こちらは伝統的にカジノで有名な島である。台湾中国には、中国大陸を中心とした政府を持つ『中華人民共和国』と、もうひとつ、台湾に『（※ この記事では、たんに「中国」といったら、中華人民共和国のこととする。台湾の中華民国政権のことを言う場合には、この節では「台湾」や「中華民国」などと区別することにする。） - ※ 日本政府の公式見解では台湾を国と認めてないので、検定教科書には「中華民国」の名や地図は書いてないかもしれないが、しかし確実に台湾問題は中学高校で（授業中の教師の口頭などで）習うハズなので、本wikiでは「中華民国」などを記載していく。日本とは、1978年にむすばれた - 農業台湾は南方にあることもあって、農業では稲作が多い。 - 工業台湾の工業では、コンピュータ部品などの産業が、さかんである。大陸側の人件費の安い労働力などを利用するため、台湾の企業が大陸側に工場をもうけたりしている。 1970年代ごろは、アジアNIESのひとつとして、韓国とともに台湾は数えられていた。 - ２つの中国が出来た経緯第二次大戦の前や戦中では、中国は中華民国という国であり、国民党という政党が支配をしていて、いっぽう、負けた蒋介石ひきいる国民党は台湾にのがれた。このため、台湾は中華民国になった。このころから、中国は「中華人民共和国」と「中華民国」との２つの中国が存在する状況になった。しかし、日本をふくめ世界の多くの国は、台湾は中国の一部という立場にたっている。また、現在の国際連合では、中華人民共和国を中国の代表として認めており、台湾は国連に加盟できない。
null	null	高等学校地理B/地誌東南アジア自然環境諸国マレーシア基礎データ英語民族と文化マレーシアの民族は、大きく分けると、マレー系、インド系、中国系の3つに分けられ、このほか山岳などに少数民族がいる。マレー系住民が国民の6割、中国系住民が国民の3割、インド系住民が国民の1割である。東南アジアの中国系移民は、移民1世ではなく何代も前から現地に住んでいる。そのため、最近では「仮住まいの中国系移民」という意味を含むマレーシア語の公用語はマレー語だが、中国系住民は中国語を日常的に話し、インド系住民はタミル語を日常的に話す。宗教は、マレー系住民はイスラム教を信仰。中国系住民は仏教を信仰。インド系住民はヒンドゥー教を信仰。マレーシアは植民地時代は、イギリスによって支配されていた。植民地時代の影響もあり、マレーシアでは先住民のマレー系住民よりも、華人の経済的な影響力が大きい。そこで、格差を是正するための政策として、マレーシアでは雇用や公立大学入学などでマレー系住民を優遇するブミプトラ政策[1]が取られている。中国系住民は都市に多く住んでおり、いっぽうマレー系住民は農村に住んでいる。マレーシアの中国系やインド系住民は、イギリスによる植民地時代に連れてこられた人などの子孫である。産業農業イギリス植民地時代のマレーシアは、天然ゴムの主要な産地だった。天然ゴムは植物のゴムノキの樹液から作る。この天然ゴムのプランテーションが、マレーシアの一帯に多くあった。第二次大戦後、合成ゴムが世界的に普及していくと、天然ゴムが売れなくなってきた。そのため、油やしの栽培へと転換した。油やしからはパーム油という油がとれ、食用油や洗剤などの原料になっている。その結果、マレーシアでの天然ゴムの生産量は減っていき、今ではタイとインドネシアが天然ゴムの主要な生産国である。また、マレーシアの森林からは、合板などになるラワン材が得られる。工業工業では1980年代、マハティール首相がルックイースト政策を打ち出し、西洋ではなく、日本や韓国・台湾などアジアの工業国を見習って工業化を目指す政策を掲げ、また日本など先進工業国からの工場を誘致した。そのため、マレーシアで工場が増えていき、現在では、マレーシアは、タイとならぶ東南アジアの工業国である。日系家電メーカーの工場が1980年代からマレーシアに進出したため、マレーシアの工業では現在、電気機械工業などが発達している。シンガポール基礎データと概要シンガポールの国土はシンガポール島とその周辺の小島からなる。もとはマレーシアの一部であり、第二次大戦後にマレーシアの一部としてイギリスから独立したが、中国系住民がマレーシアでのマレー系住民の優遇策に反発して、1965年にマレーシアから分離独立した国である。シンガポールでは人口の80％ちかくが中国系である。（※ 歴史総合の範囲:）シンガポールの第一公用語は英語です。民族数では中国系が最多ですが、しかし中国語はマレー語などと同様に第二外国語どまりです。英語が第一外国語になったのは、建国時の政策による面もあります。シンガポールはマレー系や中国系やタミール系など多民族の国家ですが、しかし民族間の紛争を防ぐため、どの民族の言語でもない外国語である英語を公用語にした経緯があります。また英語はビジネスや科学技術の世界での国際公用語です。このような理念は、シンガポール建国の政治家リー・クアンユーが述べています（「リー・クアンユー回顧録」などで確認できる）。※ 清水書院の「歴史総合」教科書に記載あり。経済シンガポールは積極的に外国資本を導入したため経済発展しており、かつてNIES（ニーズ、新興工業経済地域）のひとつになっていた。なおNIESは韓国、シンガポール、香港、台湾の4地域。現在では他の地域も発展してきたため、「NIES」という呼び方の重要性は下がっている。シンガポールでは電子工業が現在では発達している。独立後に早くから輸出志向型の経済政策を行い、加工貿易によって経済力を高めた。ジュロン工業地区が輸出加工区に指定されている。マラッカ海峡の近くに位置するため、古くは中継貿易もシンガポールは行っていた。シンガポールでは金融も発達している。東南アジアでは早くから経済発展していることや、英語が公用語なことなどが、金融の発達した理由と考えられている。現在では東南アジアに進出する企業によってシンガポールの金融が利用されており、シンガポールが世界の金融センターのひとつにもなっている。国民一人あたりの所得は世界の中でも高い。インドネシア基礎データと概要インドネシアはスマトラ島、ジャワ島、カリマンタン島などからなる多島国である。人口が約2.6億人であり、人口が世界4位の規模である。人口のほとんどがジャワ島に集中している。インドネシアの首都であるジャカルタはジャワ島にある。宗教はイスラム教が信仰されている。第二次大戦前は、オランダの植民地にさせられていた。インドネシアは、カリマンタン島などに原油や天然ガスの産地がある。インドネシアには熱帯雨林がある。第二次大戦後のインドネシアはかつて日本に木材を輸出していたが、自国（インドネシア）の産業保護のため、1980年代に丸太の輸出を禁止した。合板など木材に加工すれば輸出が可能である。インドネシアの森林からは、家具材などになるチーク材が得られる。マレーシアやタイが日本などの外国資本を積極的に導入したのに対して、インドネシアは当初は外国資本には厳しかった。また、インドネシア国内の政治情勢の混乱などの問題などもあり、インドネシアは工業化が遅れ、経済発展が遅れた。だが、現在ではインドネシアも工業国になっている。公用語は、マレー語を母体としたインドネシア語である。民族や地域によって格差が大きい。フィリピン 16世紀にスペインの植民地になった。そのため宗教ではカトリック教徒がフィリピンでは多い。ただし南部のミンダナオ島には、イスラム教徒であるモロ族が多く、そのためミンダナオ島で武力衝突や反政府運動がある。スペインの支配が300年間つづき、その後はアメリカ合衆国の領土になり、第二次大戦中の一時期は日本に占領され、戦後は独立した。フィリピンの公用語は、英語と、タガログ語を母体としたマレー系のフィリピノ語。農業ではバナナの栽培が盛ん。日本のバナナ輸入元の外国は、フィリピンが1位。フィリピンから見ても、バナナの輸出先国の大部分は日本である。このフィリピンのバナナ産業には日本企業やアメリカ企業などの多国籍企業が携わってる。アメリカ企業は、けっしてアメリカ向けのバナナ輸出ではなく、アメリカのバナナ企業は日本向けにバナナ輸出をしてるわけである。フィリピンの首都はマニラ。マニラはルソン島にある。貧富の格差がとても大きく、そのためスラムがマニラなどの都市で見られる。「スラム」とは、貧しい人などが、かってに路上などに住んだり、河川敷などの公共用地に勝手に住んだりして形成された、不法占拠の住宅街のこと。フィリピンは統計上では、製造業が盛んであり、日本への輸出の貿易総額に占める割合では、統計上では製造業がフィリピンの最大産業となっている（あくまで、統計上では。）。 2010年以降の近年、フィリピンの日本への輸出のうち、輸出総額のうち多くの割合をしめるのは製造業であり、40％ほどが製造業である（※ 2017年センター試験に出題）。 ※ フィリピンでは、タイやインドネシアほど製造業が盛んでないイメージがあるが、なぜかフィリピンで製造業の占める金額が高いのは、下記の理由（ネット調べ）。第二次大戦前はフィリピンはアメリカ合衆国の植民地だったこともあり、そのため冷戦中には、アメリカの大企業の工場がフィリピンに進出していた時代もあった。また、1980〜90年代に日本企業の大手電気メーカの工場がフィリピンに進出しはじめた。このため、フィリピンでは、相対的に機械部品の金額の割合が高くなっている。これが、フィリピンで事実上は製造業が最大産業になっている原因のようだ。（しかし、フィリピンは、このような日米からの投資にめぐまれた環境にあったにもかかわらず、「フィリピンは貧富の差が大きい」と言われ、「国民の多くは貧しい」と言われ、「治安も悪い」と言われる。どうやら、海外企業の工場を誘致するだけでは、一部の投資家や大企業だけが豊かになっても、国民の多くは豊かにならないようだ。） ※ また、一般に電気機械工業は、組立てなどの工程で、（あまり熟練を必要としないが）多数の人間の手作業が必要になる場合もある。なので、電気機械工業そのものは高度な技術を必要とするにもかかわらず、人件費などの費用を安く抑えるために、発展途上国のような貧しい国に、欧米日の電気機械工業の大手メーカーの工場が進出する場合も多い。ベトナム第二次大戦前はフランスの植民地だった。第二次大戦後に独立したが北ベトナムと南ベトナムに別れて、1960年代には南北のベトナムが戦争をした（ベトナム戦争）。北ベトナムは社会主義であり、ソビエト連邦の支援を受けた。いっぽう南ベトナムはアメリカ合衆国の支援を受けた。ベトナム戦争では最終的に北ベトナムが勝ち、こうしてベトナムは社会主義国となった。しかし経済的には、社会主義の計画経済が、しだいにソビエト連邦・中国など世界各国の社会主義国で失敗して財政が苦しくなっていき、ソビエト連邦や中国などの工業化も遅れていき、だんだんと社会主義の欠陥が明らかになった。ベトナムでも計画経済が失敗したため、ベトナムは1986年からは経済政策を改め、政治の統制という意味では社会主義を残しつつ、経済では市場原理を取り入れる「ドイモイ」という政策（いわゆる「ドイモイ政策」）をベトナムは実施した。「ドイモイ」とは「刷新」（さっしん）という意味である。やがて冷戦が終わり、1995年にはアメリカとの国交が回復し、ASEANにも1995年に加盟した。」現在では、ベトナム経済は、発展が遅れたこともありベトナムの労働者は低賃金であるが、しかし、ベトナム企業はそれを逆手にとり、人件費の安さによって、輸出用の衣類や繊維などを生産する産業が盛んである。また農業では、ドイモイ政策後、輸出用として米（こめ）やコーヒーの生産が盛んになり、現在ではベトナム農業では、米とコーヒー豆が、世界でも有数の輸出国となっている。ベトナムは、コーヒー豆の生産量が世界2位。（2017年度センター地理B追試験の統計によると、2012年次統計として、コーヒー豆の世界での生産量順位と割合は） - 1位: ブラジル, 34.4% - 2位: ベトナム, 17.7% - 3位: インドネシア, 7.8% - 4位: コロンビア, 5.2% - 5位: ホンジュラス, 3.9% （「FAOSTATにより作成」とのこと）コーヒー生産量の2位と3位が、なんと東南アジアである。東南アジアがいつのまにか、コーヒー豆の一大産地になっている。さて、近年、油田がベトナムの近海で開発されている。 - （※ 範囲外:）成人男子には2年の徴兵制がある。 - 国の治安は比較的良いと言われる。 - 経済格差が大きい国であったが、近年改善されつつある。タイタイの工業は、現在では、工業がそこそこ発達している。日本の自動車メーカーの工場も進出しており、自動車部品なども生産している。タイで信仰されている仏教は上座部仏教である。首都はバンコク。第二次大戦前は、緩衝国（かんしょうこく）だった。イギリス領とフランス領が接触しないようにするための緩衝国である。このため、タイでは王制が残っており、現在でも国王がいる。治安は比較的良い国である。都市地域と地方地域によって国民の所得格差はかなり大きい。（※ タイは民主政治を原則としているが、ときどきクーデタが起きる。）2014年、軍隊によるクーデタが起きたが、2019年に民政に復帰した。（※ 第一学習社『政治経済』の教科書に書いてある。）文化宗教タイでは仏教が盛んである。タイの仏教はベトナムでは、インドネシアではイスラム教が信仰されている。ただしインドネシアのバリ島ではヒンドゥー教が信仰されているフィリピンではキリスト教のカトリックが信仰されている。経済工業 1980年代以降、タイやマレーシアは、シンガポールの輸出志向型の工業化の成功にも見習い、輸出で儲けるため、タイやマレーシアも各地に輸出加工区を設置した。カンボジア、ラオス、ミャンマーは、過去の政治の混乱などのために、工業化が遅れている。東南アジアの農林業多雨な地域で、天然ゴム・油ヤシが生産されている。天然ゴムの生産量では、現在では、インドネシアとタイが天然ゴムの主な生産国である。油ヤシの生産量では、マレーシアとインドネシアが油ヤシの主な生産国である。米の生産量ではインドネシアが東南アジアでは第1位だが、そのほとんどは国内消費用であり、輸出用ではない。米の輸出量ではタイが世界1位である。なお、中国は米の生産量が世界1位、インドが米の生産量の世界2位である。日本向けのえびの養殖が東南アジアでは盛ん。インドネシア、タイ、ベトナムなどが、日本などへの輸出に向けてのえびの養殖をしている。えびの養殖場を沿岸部につくるさい、マングローブ林が伐採されるので、自然保護の観点からは問題視もされてる。雨が多いため、稲作も各地で行われている。インドネシアのジャワ島や、フィリピンのルソン島などでは、平地が少なく丘陵地が多いため棚田（たなだ）によって米（こめ）が作られている。モノカルチャーからの脱却その国の産業が、たとえば農業だけに依存してて、プランテーションで特定の農産物ばかり作らされるなど、ほぼひとつの産業に依存してる状態をモノカルチャーという。たとえばマレーシアは、イギリスの植民地時代のかつて、天然ゴムのモノカルチャーだった。アフリカや東南アジアや南アメリカなど、かつてヨーロッパに植民地にされたり支配されたりしていた場所では、宗主国の貿易の都合のため、植民地にされた国では、輸出用に特定の産物だけを生産するようにさせられていた。そのため、アフリカや東南アジアなど、それらの国の産業は、植民地時代からモノカルチャーだった。第二次大戦後の独立後も、いきなりは工業化できないし、農園もいきなりは他の作物には転換できないので、独立したばかりの多くの国でモノカルチャーだった。モノカルチャーでは輸出用の農産物や原料ばかりを作らされた。いっぽう、穀物や、その国の一般人が生活で必要とする日常品は、あまり作らせなかったので、その国の一般大衆の生活は豊かにならなかった。たとえば、天然ゴムは、食べられないことに注目しよう。インドの植民地時代では、綿花や茶を大量に栽培させられていたが、綿花も食べられない。茶は食べられるが、あまり空腹を満たせない事に注目しよう。東南アジア以外でも、アフリカでもエチオピアでコーヒー豆を大量に栽培させられるのも、やはり、空腹を満たせない。このように植民地の農業では、いわゆる「商品作物」「換金作物」ばかりをプランテーション（大農園）で栽培させられたのである。だが東南アジア各国では現在、モノカルチャーからの脱却に成功している。また、モノカルチャー時代の農産物も、現在では主要な農産物として活用している国も多い。 1997年のアジア通貨危機 1997年に東南アジアなどの通貨が暴落するアジア通貨危機が起き、深刻な経済危機におちいった。このアジア通貨危機は、タイの通貨バーツが下落したのがキッカケである。しかし、これを先進各国の貿易企業は逆手にとり（欧米だけでなく日本もふくむ）、通貨の安さにもとづく賃金の安さを見こんで、先進国の企業がどんどん東南アジアに進出した。 ASEAN ベトナム戦争が起きると、インドネシア・マレーシア・シンガポール・フィリピン・タイの5ヶ国により、経済などの協力をめざすまた、日本・中国・韓国は、ASEAN諸国に積極的に投資しているので、ASEAN加盟国に日本・中国・韓国の3国をくわえた枠組みもあり、それを「ASEAN ASEAN域内では現在、関税の引下げをしており、そのためのASEAN自由貿易地域（AFTA、アフタ、ASEAN Free trade Area）が締結されている。これらの政策によって、自動車産業などではASEAN域内での部品ごとの分業が発達している。注 - ^ 「ブミプトラ」とは「土地の子」の意味。
null	null	高等学校地理B/民族問題・領土問題ユーゴ内戦 - 高等学校地理B/地誌ヨーロッパも参照のこと。 1998年、コソボ自治州（当時）で、セルビア人によって、独立を求めるアルバニア人を根絶やしにしようとする民族浄化が起きた。このため、NATO(北大西洋条約機構、ナトー)軍によるセルビアへの空爆が行われた。チェチェン紛争チェチェン共和国では、ロシア連邦からの独立をもとめて、武力衝突が生じている。北アイルランド問題 - 高等学校地理B/地誌ヨーロッパも参照のこと。ベルギーの言語問題カシミール問題 - 高等学校地理B/地誌南アジアも参照のこと。
null	null	高等学校地理B/系統地理 - 交通・通信 ※ 地理Bと共通 - 村落と都市 ※ 地理Bと共通 - 生活文化 ※ 地理Bと共通 - 高等学校地理B/系統地理/宗教未分類 - ラトソル熱帯は降水量が多く、雨により養分が流されたため、アルミニウムと鉄が残るため、赤色の土壌になるが、この熱帯の赤色の土壌をラトソルという。ラトソルは養分が少ない。アルミニウムの鉱石であるボーキサイトの産地は、このラトソルのある地域に多い。熱帯では、突発的に激しい風が吹くスコールという気象現象があり、しばしば強い降水を伴う。スコールに伴う降雨で土壌の養分が流されてアルミニウムと鉄が残るため赤色度のラトソルになる。そしてラトソルの地域にボーキサイト産地が多い。 - アメリカ合衆国での半導体産業アメリカ合衆国では、各地に半導体産業がある。てっきり、西海岸の「シリコンバレー」のIT産業地域の近くに半導体産業の地域が多そうと思いがちだが、そうではない。じっさいにはアメリカ各地に半導体産業の地域がある。ただし、北部はすでに鉄鋼業など重工業の開発が進んでいるため、中部や南部に半導体産業の工業地域が多い。もちろん、シリコンバレーの近くにも、半導体工場の多い地域がある。 - かつては日本にも、東北のシリコンロード、九州のシリコンアイランドあるいは、中部地方の半導体工場、広島の半導体工場、など半導体工場が各地にあったが、半導体プロセスが１世代進むと投資規模が４倍になるという過酷な競争に国内メーカーはコミットし続ける事ができず、次々と合併・売却・撤退した。 - 潮境（しおさかい）潮境（しおさかい）とは暖流と寒流がぶつかりあう場所であるが、地理学的には、潮目が良い漁場であることが重要。なぜ、良い漁場なのかというと、海水がかき回されることで海底に沈んでたプランクトン（水中の微生物）が巻き上げられるのだが、このプランクトンが魚のエサとなるため、魚にとって栄養豊富な場所になり、そのため魚が集まるからである。また、暖流に住む魚と、寒流に住む魚の両方が穫れる。緑の革命 1960年代、「緑の革命」（Green Revolution [1][2]）とよばれる農産物の品種改良で、農業生産性や収量が向上した。これら「緑の革命」の品種には、化学肥料や豊富な水などが必要だが、そのかわりに収量の高い品種である。この「緑の革命」により、先進国で収量が増えたのはもちろん、東南アジアや南アメリカでも灌漑設備などの普及・発達もあり、生産量が増えた。東南アジアでは、米（こめ）を中心に、品種改良が行われた。農家にとっては、「緑の革命」の恩恵を受けるには、灌漑のためのポンプや、化学肥料や農薬などの投資が必要なので、それらの投資額をまかなえる富裕な農家には有利だが、いっぽう、その投資をできない小規模で貧しい農家には不利である。このため「緑の革命」は、農家間の格差を広げたとも考えられている。産業の立地 - 原産地の近くでの立地日本では製鉄所の多くは、世界からは例外的に海岸沿いに製鉄所が立地している。だが、世界的には製鉄所の立地は、輸送コストを減らすため、鉄鉱石の原産地の近くに製鉄所をつくり、粗鋼などを精錬する場合が多い。鉄鉱石には不純物も含まれており、不純物をわざわざ輸送するのは無駄だからである。世界的には鉄鋼業やセメント工業や重化学工業では、原料（鉱石、原油など）の原産地の近くに生産工場が立地しやすい。 - 消費地の近くでの立地ビール工業は、水の輸送の手間を減らすため、消費地のちかくで生産するのが一般的。 - 日本での製鉄所の立地日本では、海に面した工業地帯・工業地域の海岸沿いに製鉄所が多い。これは、鉱石が海外から輸入されてくるので、輸送のコストを減らすために海岸沿いに製鉄所が立地するのである。 - アルフレッド・ウェーバーの産業立地論エクメーネとアネクメーネ - エクメーネ人が住めるところの集合をエクメーネという。 - アネクメーネ人が住めないところの集合をアネクメーネという。具体的には、たとえば南極など極地域、あるいは砂漠、あるいは標高の高すぎる高山の山頂付近など。穀物の栽培限界と近いが、必ずしも一致するとは限らない。また、低緯度地方では、標高の高い場所のほうが涼しくて住みやすい場合もあるので、低緯度地方では標高が高い場所だからといってもアネクメーネとは限らない。人種 - （※ 検定教科書には、人種の解説が書いてない。しかし、参考書には、どの参考書にも書いてある、伝統的な教育内容。）地球上のおもな人種は、肌の色などの身体的特徴による分類法により、つぎの3通りに分類される。 - コーカソイド - 白色人種（はくしょくじんしゅ）、いわゆる「白人」のこと - モンゴロイド - 黄色人種（おうしょくじんしゅ）、いわゆる「東洋人」 - ネグロイド - 黒色人種（こくしょくじんしゅ）、いわゆる「黒人」という、3つの人種である。居住地ではなく、肌の色などの身体的特徴により分類する。なお、おもな居住地をついでに説明すると、 - コーカソイド - いわゆる「白人」、おもにヨーロッパに多い - モンゴロイド - いわゆる「東洋人」、おもに東アジア、東南アジアに多い - ネグロイド - いわゆる「黒人」、おもにアフリカ中南部に多いである。じっさいには混血などにより、さらに人種は細かく分類されるが、とりあえず、この3つを覚えよう。テストに出やすいのは、 - 北アフリカ、西アジア、インドの住民はコーカソイドである。 - アメリカ大陸の先住民であるインディアンやイヌイットなどはモンゴロイドである。なお、オーストラリアの先住民のアボリジニなどをオーストラロイドとして、コーカソイド・モンゴロイド・ネグロイドとは独立した人種とする場合もある。
null	null	高等学校地理B/系統地理/宗教イスラム教世界宗教の一つであるイスラム教は、アジア州のアラビア半島のあたりの地域で、盛んに信じられている。アラビア半島のほかに、アフリカ北部や中央アジアなどで、さかんな宗教である。東南アジアでも、インドネシアでイスラム教が信じられている。イスラム教は、経典である『コーラン』（あるいは『クルアーン』）に書かれた、唯一神であるアッラーの教えを守り、イスラム教の決まりにしたがった生活をおくる宗教である。イスラム教をひらいたのは、7世紀の初めごろ、ムハンマド（あるいはマホメットとも言う。）という人物が、ひらいた。イスラーム法のことを「シャリーア」という[1]。イスラム教徒には、信仰の告白、1日5回の礼拝、ラマダン月（イスラム暦の9月）に断食（だんじき）、喜捨（きしゃ）、一生に一度はカーバ神殿への巡礼、の五行（ごぎょう）が求められる。イスラム教には宗派が大きく分けて2つあり、多数派のほうがスンニ派であり、少数派のほうがシーア派である。サウジアラビア・エジプトなどにスンニ派が多い。シーア派はイランに多い。なお、イスラム教徒のことをムスリムという。また、イスラム教の寺院のことをモスクという。イスラム教では偶像崇拝（ぐうぞうすうはい）が禁じられており、ムハンマドですら、信仰の対象ではない。（しかしムハンマドは、尊敬されている。また、ムハンマドに対する侮辱は許されない。）イスラム教の聖地は、メッカとメディナとエルサレムである。
null	null	「地理探究」は、地理歴史科の中に設けられた標準単位数３単位の選択科目です。必修科目「地理総合」で学んだ技術や資質をもとに、現代社会が必要とする日本の未来国土像を探る科目として、今回の改訂で追加されました。それには、系統地理・地誌学で学んだ知識や考え方を用いて行います。[1] 学習上の注意当ページは、地理の教科書配列順となっていません。 ※各項目の太字や下線は項目・見出しで示されていない用語で重要と思われるものに限定しています。 ※人間生活と自然のタイトルは教科書だと生活文化の記述になります。進捗状況の凡例内容 - 国家と国家群 (2022-09-15) - 国家と国家群 - 世界地図とその利用 - 地図の種類とその利用 - 世界の大地形 - 世界の小地形 - 世界の気候環境 - 世界の気候区分 - 土壌 (2022-00-00) - 人間生活と自然 (2022-09-17) - 地球規模の環境問題 - 人種・民族と国家 - 人口分布と人ロ構成 - 農牧業の発達 (2022-00-00) - 林業・水産業 (2022-00-00) - エネルギー資源・鉱産資源 - 工業 - 世界の貿易事情 - 交通・通信 (2022-07-19) - 村落と都市 (2022-09-14) - 東アジア (2022-00-00) - 東南アジア (2022-00-00) - 南アジア (2022-00-00) - 西アジアと中央アジア (2022-12-04) - アフリカ (2023-03-29) - ヨーロッパ (2023-03-12) - ロシアと周辺諸国 (2022-11-03) - アングロアメリカ (2022-00-00) - ラテンアメリカ (2022-11-09) - オセアニア - 日本執筆で活用した地理教科書と地理図説など - 手塚章著二宮書店地理探究 - 帝国書院新詳地理探究 - 東京書籍 - 東京法令出版（とうほう）新編地理資料 - 総務省統計局
null	null	テレビ番組でも、アフリカを紹介する時、よく自然や動物が取り上げられます。一方で、支援先・市場先・レアメタルなどの資源開発地として、日本とアフリカの関係はますます深まっています。アフリカの多様な様子を学んでいきましょう。広大なアフリカと人々 - アフリカの位置 - アフリカの言語分布広大なアフリカ大陸アフリカ大陸の面積は３０００万平方キロメートル以上あり、その大きさはアジアに次いで２番目に大きい大陸です。東西の最長距離は西経１７度から東経５１度まで約７４００ｋｍあり、おおむねヨーロッパの最西端からカスピ海までです。南北の最長距離は北緯３７度から南緯３５度まで約８０００ｋｍあり、大陸のほとんどは南北回帰線より低緯度に位置しています。赤道に沿って、ギニア湾南部・コンゴ盆地・ケニア中央部などが広がっています。中でも、マダガスカル島はアフリカ大陸の南東に位置していて、日本の約１．５倍の大きさです。多様な民族と生活様々な民族がアフリカに暮らしており、約１０００種類の言語を使い分けているようです。その分布はサハラ砂漠を境界に、北は北アフリカ、南は中南アフリカに分かれています。この項目では、中南アフリカについてしか説明していません。次の節で、北アフリカについて説明します。各民族がそれぞれの言語を持ち、現在でも中南アフリカの各地域は旧宗主国と経済的・文化的に繋がっています。そのため、宗主国の言語（英語やフランス語など）が公用語となっています。植民地時代にはキリスト教が広がりました。また、イスラームがサハラ砂漠南部のサヘル地域、アフリカ東海岸のソマリアやタンザニアで広まりました。また、東海岸のムスリム商人がインド洋で貿易を盛んに行っています。その結果、今でもムスリムが多く、アラビア語由来のスワヒリ語やアムハラ語などが使われています。４世紀中頃、エジプトはエチオピアにキリスト教を伝えました。エチオピア正教は、現在もエチオピアの主要な宗教です。今でも精霊信仰（アニミズム）やアフリカの伝統的な祖先崇拝を大切にしている地域もあります。人種隔離政策（アパルトヘイト）時代の南アフリカは世界から孤立していました。人種隔離政策（アパルトヘイト）の撤廃後、南アフリカは急速に世界経済とつながり、経済成長を遂げました。歴史的背景イスラームの影響を受けた北アフリカの文化古代エジプト文明が四大文明の一つとして紀元前３０世紀頃から栄えていました。その頃から、北アフリカはサハラ砂漠を横断する豊かな交易地域として、長い間イスラームの影響を受けました。７世紀にアラブ人がやって来ると、先住民族のベルベル人は、現在のマグレブ諸国で暮らしていました。マグレブ諸国とは、アラビア語で「太陽の沈む国」を意味します。エジプトを除く北アフリカにある国々（チュニジア・アルジェリア・モロッコなど）で、複数の小さな国から成り立っています。アラビア語とイスラームはアラブ民族の住むアラビア半島から伝わり、マグレブ諸島にも伝えられました。ヨーロッパの進出と奴隷貿易１５世紀中頃から大航海時代が始まり、アフリカと交易しました。その後、ヨーロッパ諸国はインドまでの海洋航路を求めて、アフリカ沿岸部に港をつくりました。インド洋の東沿岸でもムスリム商人が賑わっていました。１６世紀になって、奴隷がアフリカから新大陸の植民地に送られ、インディオの代わりに働かされました。１７世紀に入って、南北アメリカ大陸でプランテーション農業が発達すると、三角貿易で奴隷も次々と送られるようになりました。三角貿易で、奴隷がアフリカからアメリカ大陸に輸出されました。雑貨・銃はヨーロッパからアフリカに輸出されました。砂糖・煙草・珈琲はアメリカ大陸からヨーロッパに輸出されました。ヨーロッパの豊かな富が、産業革命を実現させました。一方で、奴隷はアフリカから１０００万人以上連れ去られたと考えられています。植民地支配の歴史と影響１９世紀になって、デイヴィッド・リヴィングストンやヘンリー・モートン・スタンリーが奥地へ足を踏み入れました。その後、アフリカが農作物や資源の宝庫として注目されるようになり、次々と探検が行われるようになりました。ヘンリー・モートン・スタンリーは中央アフリカの横断に成功しました。また、デイヴィッド・リヴィングストンは南部アフリカの横断に成功したり、ナイル河源流の一つを見つけました。その後、金やダイヤモンドの鉱山が発見されると、列強の植民地支配は進みました。ヨーロッパ諸国は内陸部の開拓と開発を競いました。産業革命がヨーロッパで始まると、住民に聞かず、勝手に農園（プランテーション）・鉱山が開発されました。１９世紀後半、コンゴ地域の支配権を巡って争っていたため、ベルリン会議が開かれました。ベルリン会議後、ヨーロッパ各国（イギリス・フランス・ドイツ・ベルギー・ポルトガルなど）がアフリカの大半を植民地化するようになりました。ヨーロッパ列強は、植民地を上手く運営するために、現地の統治者を中心とした間接支配体制を整えました。間接支配体制を維持するために、民族間の対立を利用する場合もありました。南アフリカ共和国のアパルトヘイト第二次世界大戦後の南アフリカは人種隔離政策（アパルトヘイト）をとりました。この政策によって、少数派の白人は強い権利を与えられ、黒人・有色人種・アジア人は差別されてきました。国民は、白人・黒人・有色人種（白色人種と他人種の混血）・アジア人に分かれました。人種隔離政策に基づいて、居住地域が分けられ、違う人種の結婚も禁止されました。当時、日本は重要な貿易相手国だったので、「名誉白人」と呼ばれていました。冷戦時代、南アフリカはソ連に代わる勢力として西側諸国から注目されていました。また、南アフリカは豊富な天然資源を持つと西側諸国から考えられていました。これらの理由から人種隔離政策（アパルトヘイト）は１９９１年まで続きました。冷戦体制が終わると、人種隔離政策（アパルトヘイト）の撤廃を求める声も高まりました。１９９４年、初めて総選挙でどの人種か関係なく誰でも同じように投票出来るようになりました。その結果、ネルソン・マンデラが大統領に選ばれました。ネルソン・マンデラ大統領は、人種隔離政策（アパルトヘイト）をなくすため、撤廃運動を長年続けてきた人物です。アフリカの独立と多発する紛争アフリカ各国の独立第二次世界大戦終了後、アフリカの独立国は４カ国（エジプト・エチオピア・リベリア・南アフリカ共和国）だけでした。第二次世界大戦後の独立運動の主役は、宗主国で教育を受けたエリート層でした。１９５０年代後半から１９６０年代にかけて、次々と独立国が誕生しました。１９６０年は、１７カ国が独立した年なので、「アフリカの年」と呼ばれています。現在、アフリカの独立国は５４カ国です。第二次世界大戦後のアフリカは、次第にナショナリズムが高まり、独立運動が起きました。これを受けて、ヨーロッパ諸国は、植民地の独立を認めつつ、経済利益を守りました。しかし、新しい国々は植民地時代の人為的国境をそのまま引き継ぎ、複数の民族が集まり、民族の繋がりも弱い多民族国家になりました。このような多民族国家は民族紛争を招きました。鉱物資源の豊富な国は、紛争の激しい地域によく見られます。ルワンダの復興と発展本項目では、ルワンダについてみていきましょう。第一次世界大戦まで、農耕民（多数派のフツ族）と牧畜民（少数派のツチ族）は穏やかに暮らしてきました。しかし、第一次世界大戦後、ベルギーの支配下に入り、ツチ族がフツ族を支配する上下関係がさらに強まりました。そのため、両民族の関係はますます悪化しました。両民族に人種的違いは少なくても、植民地時代を通じて、少数派のツチ族は多数派のフツ族よりも好待遇でした。１９９０年から１９９４年にかけて、ルワンダ共和国は、ツチ族中心の反政府勢力（ルワンダ愛国戦線）とフツ族中心のルワンダ政府軍で内戦を繰り広げました。１９９４年、大統領の殺害後、フツ族過激派が大量虐殺を始め、大量虐殺の犠牲者も８０万人から１００万人になりました。その後、武装集団のツチ族が攻撃したため、約２００万人が故郷を離れました。多民族が一つの政治体制の中で一緒に暮らしていけないため、民族間の対立から内戦や国家間の争いに発展する場合も珍しくありません。ルワンダ虐殺をテーマにした映画『ホテル・ルワンダ』は、日本だけでなく世界中で話題になりました。その後、ツチ族中心の政権が発足すると、治安の維持や雇用の創出に力を入れるようになりました。また、ツチ族中心の政権は、珈琲や紅茶の栽培だけでなく、ソフトウェア開発などのＩＣＴ分野にも力を入れました。その理由を説明すると、ルワンダ虐殺を逃れて外国に渡った人々が、世界各地で生活する中で身につけた知識や技術を持ち帰ったからです。現在、ルワンダは「アフリカの奇跡」と呼ばれ、急速な経済成長を続けています。民族と紛争ナイジェリアはアフリカ最大の都市です。２００以上の異民族が暮らしていますが、大きく分けて、北部にイスラーム信仰のハウサ族、南西部に伝統宗教信仰のヨルバ族、南東部にキリスト教徒信仰のイボ族に分けられます。石油資源を巡るビアフラ戦争が終わってから、民族はより自由になろうと努力していますが、問題は解決していません。こうした問題は、国連やアフリカ連合で解決する必要があります。アフリカの独立国と西サハラは全てアフリカ連合に加盟しています。アフリカ統一機構は、アフリカ諸国が平和維持のために１９６３年発足しました。その後、２００２年になると、アフリカ統一機構がヨーロッパ連合を倣った国家統合体（アフリカ連合）に変わりました。アフリカ統一機構は、内政問題に部外者が関与してはならない考えで発足したため、紛争解決に消極的でした。その反省もあり、アフリカ連合は域内の紛争解消も目的に掲げています。パン・アフリカ主義とは、中央アメリカカリブ海諸国の黒人達を中心にアフリカの独立と統一を望む運動です。１９世紀後半に、中央アメリカカリブ海諸国の黒人達がアメリカで教育を受けました。第二次世界大戦後、パン・アフリカ主義もアフリカのナショナリズムと結びつきました。また、武装集団がアンゴラ・シエラレオネ・リベリアなどで資金源としてダイヤモンドなどの資源を採掘した結果、内戦も長引きました。１９９０年代以降、冷戦体制が崩壊すると、被軍事援助国の政権も不安定になりました。その結果、ソマリア内戦などが発生しました。国連平和維持軍はこのような内戦に介入しましたが、失敗に終わりました。民主化を求める動き北アフリカ諸国の長期政権が、２０１０年から２０１１年にかけて崩壊しました。その原因は、チュニジア・リビア・エジプトなどで始まった民主化運動です（アラブの春）。「アラブの春」のきっかけとして、チュニジアのジャスミン革命が挙げられます。ジャスミン革命で、インターネットにアクセス出来る若者などが街中に溢れました。エジプトでは、３０年間続いた独裁政権が終わり、代わりにイスラーム主義勢力中心の政権が誕生しました。しかし、反政府活動が高まり、軍のクーデタによって政権も移りました。民主化を求める動きは、他のアラブ諸国でも政情不安の波を引き起こしました。政情不安から、そのような場所で反政府勢力やイスラーム原理主義組織が活動を強めています。２０１１年に南スーダンが独立するまで、スーダン南部のナイル・サハラ語系住民と北部のアラブ系住民の間で内戦が続いていました。農牧業伝統的な農業と主食近代的農業は灌漑設備・農薬・化学肥料などを取り入れました。アフリカの一部地域で近代的農業を取り入れています。アフリカの場合、焼畑農業が中心ですが、半農半牧を行う地域もあり、駱駝の放牧も見られます。これまで、多くの作物を一緒に栽培する混作が頻繁に行われてきました。アフリカの伝統的定着農業では、もろこしや隠元豆（ささげ）などを同じ畑で数種類栽培します。小規模な自給的農業とはいえ、自然と上手く付き合いながら植物を育てる方法なので、旱魃でもある程度の収穫量は望めます。最後に、主食についてみていくと、次の通りです。 - 雨の多い熱帯地域では、キャッサバ・ヤムイモなどの芋類や料理用バナナなどを栽培されています。 - 乾燥した地域ではもろこし・トウモロコシ・粟・稗などの穀類が栽培されています。 - 北アフリカや南アフリカ共和国では、小麦を栽培しています。自給作物の栽培北アフリカの砂漠地域では、オアシスや外来河川の近くで、ナツメヤシ・小麦・野菜などを育てて食糧としています。ナツメヤシの果実は食用になり、葉は縄や籠の材料になり、幹は建築に利用されます。また、灌漑農業も行われており、地下水路（フォガラ）を作り、貴重な地下水を枯らさないようにしています。諺「エジプトはナイルの賜物」があるように、ナイル川の氾濫で豊かな土壌も生まれました。それを利用して、古くから農業を行っていました。現在も、エジプトの外来河川（ナイル川）に沿って広がる土地で、小麦・コメ・綿花が栽培されています。日本の政府開発援助を受けて、技術と灌漑設備が整備されるようになりました。整備後、ナイル川流域でもジャポニカ米が栽培されるようになりました。ソ連の援助を受けて、ナイル川上流のアスワンハイダムが１９７０年に完成しました。こうして、大洪水がなくなり、水力発電によって産業が発展するようになり、暮らしも豊かになりました。しかし、ダムの建設で、上流から豊かな土壌が増水時に下流まで届かないため、化学肥料の使用も増えました。このほか、旱魃で灌漑農地が塩害を受けたり、ナイル川デルタの海岸線も縮小したり、ナイル川河口付近のプランクトンも減って不漁になるなど、ダム建設の悪影響もあります。 - アスワンハイダム - ハルツームの旱魃昔ながらの遊牧は、サバナ気候やステップ気候で見られます。牛は主にサバナ地域で飼育されています。一方、羊・山羊は湿潤地域で飼われます。そして、駱駝はサハラ砂漠南部からソマリア・ケニア北部までのステップ地域で飼われています。ここ最近、遊牧民が都市に移住してそこで暮らすようになりました。商品作物の栽培当時のアフリカはヨーロッパ諸国にほとんど支配されていたので、１種類だけ大量に商品作物を栽培して、先進国に輸出しました（モノカルチャー）。セネガルの落花生やナイジェリアのアブラヤシは、１９世紀中頃からヨーロッパに輸出されるようになりました。セネガルの落花生やナイジェリアのアブラヤシは機械の潤滑油・石鹸・食用油の原料として利用されました。現在でも、両商品は重要な輸出品となっています。また、ガーナやコートジボワールは、カカオ豆（ココア・チョコレートの原料作物）を大量に栽培しています。カカオ豆は、一年中気温と湿度が高く、風もほとんど吹かない熱帯雨林気候地域の中で最もよく育ちます。しかし、カカオの樹木は、大規模なプランテーションでは上手く育たないため、家族だけで栽培しています。イギリス人は、赤道直下のケニアを植民地にしました。標高１５００～２５００ｍの高地に住み、茶や珈琲のプランテーション農業を行なっていました。ケニアが茶の栽培を始めたのは、２０世紀に入ってからです。赤道直下の高山気候なので、高品質の茶葉が一年中栽培出来ます。そのため、茶葉を摘んでから１～２週間後に、次の茶摘みを行えるようになります。この地域は、白人が農場や牧場を経営していたため、白人占有農牧地（ホワイトハイランド）と呼ばれるようになりました。独立後、白人占有農牧地（ホワイトハイランド）はケニア人に譲ったので、現在も茶と珈琲はケニアの２大輸出品となっています。また、珈琲原産地のエチオピアは現在でも珈琲を中心に輸出しています。一方、地中海に近いモロッコ・アルジェリア・チュニジアなどの北アフリカ諸国では、商業的な農業が発達しています。温暖な地中海性気候を活かしてオレンジや檸檬、オリーブ、葡萄などを栽培しています。地中海性気候のため、南アフリカ共和国の南西部では、葡萄などを大量に栽培しています。また、南アフリカ共和国の東部高地草原はかつてヨーロッパ人によって開発されました。その後、南アフリカ共和国に譲られ、トウモロコシの栽培や企業的牧畜が行われています。しかし、伝統的な農産物輸出の大半は、１９８０年代以降、減少しています。その背景に近隣地域の生産量増加が挙げられます。一方、ケニア・エチオピアでヨーロッパ市場向け花卉生産などの新しい輸出農産物が登場しました。こうした商品作物の生産によって、国内の買い取り価格は低く抑えられ、生産者はあまり儲かっていません。アフリカの人口増加と食料自給急増する人口と低い食料自給率１９５０年、アフリカの人口は約２億３０００人でした。２０２３年現在、アフリカの人口は約１５億人です。アフリカの人口はこの７３年間で約６．５倍になり、アジアに次いで２番目に多くなっています。医療や公衆衛生の整備で死亡率が下がっても、出生率が高いので、自然成長率は２．７％程度です。年少人口が多いため、２０５０年になると、アフリカの人口は２４億人を超えると考えられています。人口増加に見合う量の食料を作れないため、複数の国で外国から食料を輸入しています。そのため、アフリカは食料自給率の向上につながっていません。アフリカの食料自給率を高めるために、通貨流出や穀物価格の上昇に伴う物価の高騰を防ぎ、経済を安定させなければなりません。また、アフリカで食料需要が増えると、世界でも食料不足になるため、国際社会でも食料自給体制の整備を急がなければなりません。食料生産・流通体制の改善農業生産性の低さが食料自給率の悪化につながっています。植民地支配が終わってから、アフリカは輸出用の作物を中心に栽培するようになり、主食用の穀物はほんの少ししか栽培しなくなりました。農業機械の導入が遅く、化学肥料の価格も高いため、多くの農地が利用されていません。そのため、大量に食料を作れません。現在、アフリカでも都市化が進み、経済も成長しています。しかし、都市と農村部の経済連携は進んでいません。農産物を都市に効率よく届けるようになると、農村地域も都市の経済発展の恩恵を受けられるかもしれません。例えば、マラウイ・ザンビアの国内市場向けに、芋類が出荷されます。ここで、３００人の農家が働いています。そのために、農業生産性を高め、農産物の生産・集荷・輸送・貯蔵・販売の仕組みを作っていかなければなりません。穀物だけでなく、野菜を栽培する園芸農業の整備も求められています。また、その土地に合った農業技術を広めていかなければなりません。国連開発計画や日本の国際協力機構などの支援を受けて、病気や乾燥に強く、豊産を見込める陸稲ネリカを開発して、世界中に広めています。農業技術を広めていけば、主食の量産体制を整備出来るでしょう。自立に向けた取り組み持続的な開発を行うため、アフリカは様々な社会制度や食糧供給の安定を図らなければなりません。２００３年のアフリカ連合首脳会談で、「アフリカ開発に関する新パートナーシップ」が採択されました。「アフリカ開発に関する新パートナーシップ」では、外国からの支援に頼らず、自助努力で開発を目指そうとしました。政治家の汚職を防止する法整備、紛争を解決するための仕組みの強化、教育・保健・社会基盤・産業振興など、各国間の連携が大切です。鉱工業と貿易注目される鉱産資源アフリカは、石油・石炭・ウランなどのエネルギー資源に恵まれています。また、鉄鉱石・ボーキサイト・金・銅・レアメタルなどの金属資源も豊富です。植民地支配から逃れても、内戦や独裁政権がアフリカ諸国で長続きしていました。そのため、政治状況も不安定になり、鉱山開発が遅れていました。近年、外国からの投資や需要の増加によって、各国間の資源開発競争も激しくなっています。鉱山開発は、資源確保と重機メーカーの市場拡大につながっています。例えば、ギニアはボーキサイト、ザンビアは銅、ニジェールはウラン、モロッコとリベリアは鉄鉱石の最大輸出国になっています。しかし、資源分布の偏りは、資源を輸出出来る国と資源を輸出出来ない国の間に経済格差を生みます（南南問題）。また、資源の輸出後に儲けたお金を一部の人が独占しているため、貧富の差も大きくなっています。資源に恵まれた国々ナイジェリアはアフリカ最大の産油国です。ビアフラ地方を中心に石油が埋蔵されています。輸出の８割以上が石油と石油製品で、そのほとんどをアメリカに輸出しています。アンゴラはアフリカ第２位の産油国です。２００２年の内戦終結後、油田開発に力を入れ、石油の約半分を中国に送っています。アルジェリアの石油は、国全体の輸出の約４割を占めています。また、天然ガスも多く埋蔵しており、地中海横断パイプラインを通してヨーロッパ諸国へ送られています。今世紀に入って国際連合がリビアの独裁政権に対して経済制裁を緩めてから、リビアでも急速に油田開発を進めています。さらに、エジプトは石油製品や原油を大量に輸出しています。このように、アフリカ各国は原油や天然瓦斯を産出して、欧米諸国へ送っています。カッパーベルトは、コンゴ民主共和国とザンビア共和国の国境にあります。銅鉱石がカッパーベルトで採掘され、タンザン鉄道を経由して出荷されます。タンザン鉄道は、タンザニアのダルエスサラームとザンビアのカピリ・ムポシを結んでいます。中国からの支援も受けて、１９７５年に完成しました。かつてコンゴ民主共和国とアンゴラを結んでいたベンゲラ鉄道は、アンゴラの内戦で破壊され、現在修復を行っています。南アフリカは、石炭（トランスヴァール炭田）・金・クロム・プラチナ・バナジウム・チタンなどに恵まれています。ボツワナ共和国・コンゴ民主共和国・アンゴラ共和国は、ダイヤモンドを豊富に産出しています。南アフリカ共和国は、レアメタルも豊富に産出されています。また、コンゴ民主共和国は、他国よりもコバルトを大量に産出しています。未発達な工業アフリカの工業化は遅れています。植民地時代は、鉱産資源の採掘・販売を制限して、アフリカを工業製品の市場として販売しました。その影響で、独立後も内戦や不安定な政治が続き、所得水準も低かったため、国内市場が弱く、工業の発展も遅れました。今でも、電力供給・鉄道・港湾・金融制度・就学者数などは、決して恵まれているようには思えません。対外債務の増加・モノカルチャー経済への依存・工業化資金の不足などが原因で、何カ国も破綻しました。こうした中、国際通貨基金と世界銀行は、構造調整政策に取り組むように求めました。構造調整政策によって、アフリカ諸国も計画経済から自由市場へと移行しなければ新たな融資を行えなくなりました。複数の国がこれを受け入れて市場経済化を進めると、一部の国で国内総生産が増加しました。しかし、貧富の差はさらに広がりました。リベリア・シエラレオネ・スーダン・コンゴ民主共和国などでは、内戦の影響で経済成長も遅れました。また、内陸国も経済成長に影響を与えるかもしれません。アフリカ南部の国々は、周辺諸国と経済協力しているので経済も成長しています。１９８０年代以降、内戦や旱魃などの影響でアフリカ経済は伸び悩んでいました。しかし、２０００年代に入るとアフリカ経済は回復に向かいました。この場合、鉱産資源の価格は国際市場で上がっています。ボツワナなどの一部の国で、輸出指向型の工業化を進めて、モノカルチャー経済から抜け出し、一人当たりの国内総生産を増やしました。資源を活かす工業化鉱産資源の豊富な国は、原料地指向型の工業化が進んでいます。リビア・アルジェリア・ナイジェリアなどの産油国では、石油精製業や石油化学工業が発達しています。ザンビアは銅鉱石を多く産出するため、ザンベジ川のカリバダムによって銅の精製業が発展しました。一方、南アフリカ共和国は、サハラ以南のアフリカで圧倒的な地域大国となり、工業製品の輸出を中心に取引されるようになってきています。鉱業や醸造業などの世界的な企業を数多く持ちます。ヨハネスブルグにはアフリカ最大の証券取引所もあり、アフリカと世界経済を結ぶ役割を果たしています。元々ＢＲＩＣｓは４カ国を表していました。これに、南アフリカ共和国も加わり、ＢＲＩＣｓのＳが大文字に変わりました。鉄鋼・機械工業・自動車工業などで、周辺国から出稼ぎ労働者が集まって働いています。また、チュニジアとモロッコは、石油・天然瓦斯・様々な工業製品をヨーロッパにほとんど輸出しています。北アフリカのチュニジア・モロッコ・エジプトは元々人件費も安いので、衣料・皮革・食品工業などの軽工業が主要な産業となっています。さらに、電気・機械の部品をヨーロッパへ輸出しています。モノカルチャー経済からの脱却と多角化これまで、アフリカの複数の国では、工業製品を輸入して、一次産品を輸出する貿易を行っていました。一次産品とは、自然から育てられ、採取され、そのまま利用される産品をいいます。例えば、農畜産物・林産物・水産物・鉱産物などが一次産品にあたります。一部の農産物や鉱物資源の輸出が行われる限り、モノカルチャー経済（単一経済）も続きます。そのため、世界経済の変化に弱く、高付加価値産業の育成や産業の多角化にも問題が出てきています。ガーナは、カカオ豆のモノカルチャーから抜け出すため、アコソンボダムの水力発電を使ってアルミニウムの製造を盛んに行いました。ヴォルタ川のアコソンボダムは、１９６５年に建設されました。貯水量が少ない乾季になると、発電量も減少します。しかし、旱魃に伴う電力不足や、他国との競争が激しくなるなどの問題が発生します。一方、第三次産業は非常に素晴らしい成長を遂げています。日本とアフリカの貿易カカオ・珈琲・タコ・白身魚・グレープフルーツ・薔薇など、多くの農水産物がアフリカから日本に輸出され、日本人の生活に役立っています。また、スマートフォンやハイブリッド車の生産に、アフリカ産のレアメタルが必要です。日本はこのような一次産品を中心にアフリカから輸入しています。一方、アフリカ諸国の経済が発展すると、自動車需用も増えます。このため、日本は新車・中古車・トラック・自動車部品などをアフリカに大量に輸出しています。日本のアフリカへの支援日本はアフリカから多くの農水産物や鉱物資源を輸入しています。しかし、アフリカ諸国は貧困や内戦などの問題を抱えています。そこで、日本政府は政府開発援助や非政府組織を通じて、教育・医療・輸送インフラの整備・貧困削減・平和構築・環境保全などの支援を続けています。このように、「人間の安全保障」の考え方から、人間の生存を重視します。その背景から、日本人はタンザニアの農村開発やニジェールの学校建設や教育制度の整備を進めています。また、今後のアフリカ社会を引っ張っていく人材も育成しています。アフリカへの日系企業進出製造業や資源関連産業を中心に日系企業のアフリカ進出が進んでいます。例えば、南アフリカ共和国では、日本企業の自動車製造や鉱山開発などが行われています。しかし、２０００年代以降、消費市場の高まりから、化粧品・家電製品・調味料・缶詰などの分野でも日系企業のアフリカ進出が進んでいます。近年、発展途上国の低所得者にも、ＢＯＰビジネスの支援が行われています。蚊帳・乳幼児向け栄養食品・アルコール消毒液など、日本企業の技術協力によって、発展途上国の低所得者に届けられています。経済的貧困者（Base of the Economic Pyramid：ＢＯＰ）とは、世界で最も所得の低い人々を指す言葉です。ＢＯＰビジネスは、世界人口の７割を占める経済的貧困層を対象にしています。水や生活必需品の提供、貧困の削減など、現地の様々な課題を解決出来るでしょう。ＢＯＰビジネスの具体例として、ウガンダ産のサトウキビが挙げられます。ウガンダ産のサトウキビを材料にして、アルコール消毒液を日本の技術や品質管理の手法で生産しています。このアルコール消毒液は、医療機関の衛生環境改善・院内感染の防止に役立ちます。生活の変化と他地域との結びつき新興市場としてのアフリカ２１世紀から、農作物も鉱産資源も値上がりしたので、アフリカの経済が潤っています。このような理由から、近年、アフリカの人口も首位都市に集中しています。農村の出稼ぎ労働者は、同郷の出身者同士で就職の支援を受けたり、生活の面倒を見たりしています。そのため、民族集団が違えば、職業も変わります。そうした職業の多くは路上販売者のようなインフォーマルセクターです。ナイジェリアやアンゴラなどの石油資源国でも、都市部を中心に高層ビルやショッピングモールが建設されています。各国で、携帯電話の利用者や自動車・家電などの耐久消費財の購入者が急速に増えています。外資系企業の進出も進み、内戦や紛争などの危険はあっても、さらなる市場の拡大や地域の成長が期待されています。北アフリカと他地域との結びつき北アフリカ諸国は豊富な石油資源に恵まれているので、軽工業が発達しています。また、地中海の温暖な気候を求めて、北アフリカ諸国に向かう観光客も増えています。例えば、アフリカ主要都市とヨーロッパまでを地中海経由で結ぶ直行便が複数あります。このような理由から、外国人向けの観光業がエジプト・ケニア・タンザニアで重要な産業になっています。また、北アフリカからヨーロッパまでパイプラインが通っており、天然瓦斯を運んでいるので、貿易も盛んに行われています。パリやロンドンでは、アフリカ諸国からの移民も数多く住んでいます。サハラ以南のアフリカが抱える課題と自立への取り組みサハラ以南のアフリカ諸国は、海外からの債務を抱えており、自力で経済を回せません。国内の貧富の差も大きく、マラリア・ヒト免疫不全ウイルス・エボラ出血熱・COVID-19などの感染症も問題になっています。このような背景から、観光産業・情報通信技術産業を発展させて、豊かな自然や文化を生かし、経済の多様化を図ろうとしています。また、先進国からの支援を受けて、自立を目指しています。近年、中国は資源を手に入れるためにアフリカへ進出しており、経済・政治の両面で関係を深めています。両地域との結びつきを深める中国中国は、銅の輸出をしやすくするために、内陸国のザンビアからタンザニアを結ぶタンザン鉄道の建設に協力しながら、それまでの友好関係をさらに深めています。中国は銅やレアメタルを輸入したいと考えています。しかし、中国製格安輸入品の増加によって、ザンビアやタンザニアで工業発展の遅れや中国人労働者に雇用を奪われるなどの問題も起きています。地形と気候安定陸塊と大地溝帯アフリカ大陸は全体が台地になっており、アフリカプレート上の安定陸塊です。マダガスカルも安定陸地なので、固有種も数多く生息しています。その理由は、長い間、本土から切り離されたため、動植物も独自の進化を遂げたからです。標高２００ｍ以下の低地は全体の１割程度なので、海岸線に広い平野はあまり見られません。紅海・エチオピアからヴィクトリア湖・ザンベジ川河口まで、標高２０００ｍ以上のエチオピア高原、アフリカ最高峰のキリマンジャロ山などの火山、タンガニーカ湖やマラウイ湖などの断層湖が広がっています。アフリカ大地溝帯（グレートリフトヴァレー）は、最も広い箇所で幅１００ｋｍ、全体で７０００ｋｍもある大きな断層帯です。また、火山地帯なので、地震もよく起こります。地球の内部からマントルがアフリカの大地溝帯で出てきます。上昇流が周辺の地殻を押し上げているので、プレートが東西に割れています。将来、大地溝帯がアフリカを東西に分断すると考えられています。アフリカ大地溝帯では、現世人類の化石がたくさん見つかっているので、人類進化の舞台になりました。低い台地と高い台地北アフリカからコンゴ盆地にかけて、標高２００～１０００ｍの比較的低い台地が続いています。その東部をナイル川が流れ、その河口に大きな三角州を形成しています。一方、北西部には新期造山帯のアトラス山脈があり、険しい山が連なっています。全長６６９５ｋｍのナイル川は、世界で一番長い川です。南スーダンからハルツームまでの本流（白ナイル）は、赤道地帯から流れています。白ナイルはハルツームから南スーダンに流れています。ハルツームで、水量豊富な青ナイル（エチオピアのタナ湖源流）に合流します。ギニア湾中央沿岸地域は、海岸から急に高度を上げますが、サハラ砂漠に向かうにつれて、標高の大幅な減少が見られます。そのため、ニジェール川の上流部はサハラ砂漠に向かって流れますが、途中で南東に変わり、ギニア湾に注いでいます。コンゴ川中流のコンゴ盆地は、キサンガニからキンシャサまで河川交通は賑やかですが、コンゴ川の下流は急流なので河川交通も閑散としています。コンゴ盆地南部からアフリカ大陸最南端まで、標高１０００ｍ以上の高い台地が続きます。南アフリカ共和国のメサで先カンブリア時代の硬い岩盤層の台地（テーブルマウンテン）が見られます。古期造山帯のドラケンスバーグ山脈は、南アフリカ共和国の南東部にあり、石炭の産出地になっています。赤道を中心に広がる気候帯アフリカの気候区分は、赤道から高緯度にかけて帯状に近い形で変化します。その理由として、アフリカ大陸に天候を大きく左右する山脈があまり見られないからです。したがって、アフリカ大陸に亜寒帯気候や寒帯気候がありません。気候区分は、熱帯気候（約４割）・乾燥気候（約５割）・温帯気候（約１割）になります。アフリカ北部の気候コンゴ盆地周辺とギニア湾沿岸は、熱帯モンスーン気候です。コンゴ盆地は赤道を通っているので、熱帯雨林気候です。これらの地域は、エボラ出血熱やマラリアの流行地域としても知られています。熱帯雨林気候の北と南は、サバナ気候です。まばらな草原が広がり、乾燥していてもバオバブの樹木などは耐えられます。一方、北東部のエチオピア高原は高山気候です。日中は暖かく乾燥していて過ごしやすく、標高５０００ｍ以上の高地（ケニア山やキリマンジャロ山など）では万年雪が見られます。サバナ気候の高緯度側にステップ気候が広がり、さらに進むと砂漠気候に変わります。アフリカ北部では、亜熱帯高圧帯の真ん中に北回帰線があります。北回帰線の周辺に世界最大のサハラ砂漠が広がっています。また、ソマリア半島も砂漠気候になります。高緯度のアトラス山脈より北側は、温暖な地中海性気候です。人が暮らせるオアシスやワジも見られます。サハラ砂漠の東部に、世界最長の外来河川（ナイル川）が南から北へ流れています。サハラ砂漠の面積は８６０万㎡で、西側に岩石砂漠（ハマダ）が数多く広がり、東側に砂砂漠（エルグ）が広がっています。ワジにオアシス集落が広がり、交易に駱駝が使われてきました。アフリカ南部の気候ベンゲラ海流が寒流を北上させるため、アフリカ南部の西海岸にあまり雨が降らず、ナミブ砂漠のような海岸砂漠も残ります。一方、暖流のモザンビーク海流は、アフリカ南部の東海岸に暖かく湿った空気を運びます。そのため、低緯度側で南北方向にサバナ気候が広がり、高緯度側で温帯湿潤気候が広がります。アフリカ大陸の南端は地中海性気候ですが、内陸部はステップ気候や温帯冬季少雨気候が広がっています。南半球の温帯冬季少雨気候は４月から９月まであまり雨が降りません。一方、南半球の地中海性気候は１１月から３月まであまり雨が降りません。マダガスカルは南東貿易風帯にあります。このため、東側は上昇気流の影響で雨量も増えます。１月から３月になると、サイクロンの影響も受けます。一方、国土の南西部は下降気流になるので、乾燥気候になります。
null	null	西アジア・中央アジアと日本は、他のアジアの地域ほど強い繋がりを持っていませんでした。しかし、西アジアは石油、中央アジアは天然ガスやレアメタルの重要な供給源です。いろいろな見方をしてみましょう。位置と歴史的背景位置と国々西アジアとは、アフガニスタンから地中海までの地域をいいます。中央アジアは、カフカス諸国（アゼルバイジャン、アルメニア、ジョージア）から北のパミール高原、天山山脈までの地域です。面積はカザフスタンが最も大きく約２７０万㎢、サウジアラビアが２番目に大きく約２２０万㎢です。最も人口が多いのはイランとトルコで、それぞれ約８０００万人です。次いでイラクとアフガニスタンがそれぞれ約３０００万人です。西アジア・中央アジアは砂漠や山が多いため、人口密度は１㎢あたり３８人程度とそれほど高くありません。しかし、人口増加率は比較的高く、今後も増加していく見込みです。東西交易の要所砂漠の多い西アジアや中央アジアでは、人は限られた場所にしか住めません。そのため、オアシスのような水のある場所に都市が作られました。遊牧と灌漑農業が盛んな西アジアや中央アジアの人々は、古くから交易や商業の場として都市を発達させました。これらの多くの都市は、中国とヨーロッパを結ぶシルクロードを初めとする陸上・海上の東西交易路の要所として重要な地位を占めました。１９世紀末頃、西アジア諸国はイギリスとフランスに政治・経済的に支配されるようになりました。独立後も、石油資源は欧米企業が独占していました。人々の生活習慣や価値観から、都市が交易を中心に発展してきた様子が伝わってきます。バザールはアラビア語でスークとも呼ばれ、衣服や食器、農具、食料、香水などを販売する伝統的な市場です。バザールでは、商品の売買や情報交換が活発に行われています。街角にはイスラム教のモスクがあり、金曜日にはイスラム教徒が店を閉めてそこへお祈りに行きます。多くの外国人が行き交う街なので、そこに住む人々は異文化を受け入れて、おもてなしを大切にする文化があります。西アジアでは、河川やオアシスの周辺に大都市が発達しました。例えば、バグダッドはティグリス川やユーフラテス川のような大きな川の流域で発展しました。また、ダマスカスはレバノン山脈から流れ出る川の流域で発展しました。このように、都市を中心とした文明は、古代から中世にかけて支配したイスラム王朝の時代にも発展しました。中央アジアでも、ブハラやサマルカンドといった都市がシルクロードの拠点として発展しました。また、イスラム文化の中心地となり、現在も多くのモスク（イスラムの礼拝堂）やマドラサなどが残っています。さらに、カザフスタンの首都ヌルスルタンは、１９９０年代にソ連から独立して建設された都市です。ソ連が統治していた時代には、政治の中心は全て中央アジア諸国の首都に置かれていました。独立後は、自分達の都市を作り、ロシアの影響から離れようという動きが出てきています。しかし、古い都市基盤を維持するために多額の費用がかかるなど、問題も少なくありません。自然環境地形アラビアプレートは紅海とペルシャ湾の間にあります。アラビアプレートの北側でユーラシアプレートと合流しています。西アジアの新期造山帯がイランからトルコ、イランからアフガニスタンまで広がっています。ザグロス山脈はアルプス・ヒマラヤ造山帯の一部になっています。ザグロス山脈以外にも標高５０００ｍ以上の高山は、上記地域内にあります。そのため、環太平洋造山帯に含まれる日本と同じように、地震多発地域でもあります。アラビア半島は、世界最大のルブアルハリ砂漠を中心とした安定陸塊です。アラビア半島の紅海に接した側は、ペルシャ湾に接した側よりも高い位置にあります。半島北部では、ティグリス川とユーフラテス川が農耕に適した肥沃な沖積平野を作っています。古生代から中生代にかけて、ペルシャ湾周辺の広い海域に溜まった厚さ数千ｍの地層があります。ペルシャ湾岸は、微生物の遺骸が集まった地層と微生物が作る石油を集める地層があるため、世界でも有数の石油資源が豊富な場所となっています。一方、中央アジアは、そのほとんどが古期造山帯や安定陸塊に含まれています。中央アジア北部は、－２８ｍの高さにあるカスピ海からパミール高原や天山山脈の間にあります。パミール高原はインド半島の衝突時に隆起しました。気候西アジアも中央アジアも乾燥地域です。アラビア半島はほとんど砂漠で、亜熱帯の高気圧に覆われています。イラン北部が乾燥しているのは、内陸にあり、海からの湿った風があまり当たらないからです。また、イラン北部は山脈の風下にあるため、カヴィール砂漠やトルクメニスタンのカラクーム砂漠のような大きな砂漠があります。カザフスタン北部の気候はステップ気候で、カザフステップは肥沃なチェルノゼムのある草原です。地中海沿岸から南部のカスピ海、天山山脈北嶺までは地中海性気候です。乾燥地域では、死海のような塩湖が多く、そこに流れ込む川はありません。また、アラビア半島にはワジと呼ばれる涸れた川がたくさんあり、ラクダの商人や自動車の道路として利用されています。農牧業伝統的灌漑農業乾燥地帯の多い西アジアや中央アジアでは、水は農耕のための貴重な資源です。砂漠でもオアシスと呼ばれる場所では、湧き水を利用して小麦・ナツメヤシ・西瓜・メロン・葡萄などを栽培しています。イランやアフガニスタンなどの砂漠地帯では、オアシス農業が行われています。山の麓にある地下水脈から水を汲み上げ、水を供給するためにカナートやカレーズが利用されています。カナートやカレーズは、水が蒸発しないように、山脈など地下水の多い場所から集落や農地まで掘られた地下水路です。地下水路は、緩やかに傾斜した横穴でつながっています。ほとんどの場合、土地を所有する投資家が、水も所有します。地下水路の掘削や管理には費用がかかるため、水の利用方法には厳しく決められており、小麦や綿花が栽培されています。イラクのメソポタミア平原では、外来河川ティグリス・ユーフラテス川を農作物の水源として利用されています。遊牧地域遊牧は、水不足で農耕が困難な地域で行われます。自然の草や水を求めて、住居や家畜を移動させる生活様式です。場所を変えながら飼育させると、草や木の芽を食べ尽くさずに済みます。乾燥した地域では、乾燥に強い駱駝が飼われます。駱駝は荷物の運搬や乗り物として使われます。このほか、羊は草原で飼育されています。駱駝や羊の家畜から出る生乳が遊牧民の主食となります。余った生乳は塩を加えてチーズやバターにします。肉を食べると動物の数が減るので、休日やお祝い事など特別な日にしか食べません。木が育たず、燃やす木がないため、家畜の排泄物を燃料として利用します。家畜の毛や皮は、衣服やテントの材料として使われます。遊牧民は開かれたオアシスの町に行き、乳製品や皮、動物などを小麦やナツメヤシと交換して農民と交易を行ってきました。近年は国の定住政策によって、遊牧民も自動車を使い、新しい仕事を求めて都市に移動しています。産油国の農業ペルシャ湾の産油国は、石油を売って得たお金（オイルマネー）で、砂漠でも地下水を利用した農業や牧畜業に投資しています。１９７０年代、サウジアラビアでは、地下水を汲み上げてスプリンクラーで散水するセンターピボットを導入して小麦や野菜を栽培していました。１９８０年代には、小麦は国外に出荷されていました。しかし、１９９０年代以降、節水や補助金の打ち切りにより生産量は減りました。今では、国内消費分しか栽培していません。また、牛乳は空調で一定温度に保たれた室内牧場で作られています。中央アジアの農業中央アジアでは、外来河川のシルダリア川やアムダリア川の水を、昔から農作物の水やりに使ってきました。また、山岳の多い東部では、地下水路も農作業に利用されてきました。ソ連時代、中央アジアの乾燥した土地は、自然改造計画によって農地化されました。肥沃な土壌のチェルノゼムからなるカザフステップでは、企業的穀物農業地域に変わりました。さらに、トルクメニスタン南部の砂漠地帯には、アムダリア川から水を得るために世界最大の灌漑用運河であるカラクーム運河が建設されました。カラクーム運河は、アムダリア川とカスピ海を結ぶために建設された運河です。現在、トルクメニスタンのアシガバードの北西まで開通しています。その結果、広大な農地が生まれ、カザフスタンを中心に小麦の生産が増え、ウズベキスタンなどでは綿花の生産が伸びました。しかし、カザフステップでは、草地になっていたために保護されていた肥沃な表土が農地化によって流され、収穫量が落ちた場所もあります。塩害により、シルダリア川やアムダリア川流域の灌漑農地では作物が育たなくなりました。一方、アラル海の上流では無計画な灌漑によって、湖に入る水量が減り、ほとんどが干上がってしまいました。その結果、沿岸での漁業が出来なくなりました。湖水から出る塩分も乾いて近くの農地にまで広がりました。塩分を含んだ砂嵐は、そこに住む住民の健康被害をもたらしました。鉱工業とサービス業世界最大の石油産出量産油量が増加するカスピ海沿岸諸国石油輸出依存経済からの転換淡水化技術と労働力の確保イスラム教と人々の生活イスラム教の教えイスラム教は、アラビア半島で始まりました。現在、西アジア、中央アジア、東南アジア、北アフリカ、東南アジアで見られます。信仰がどの程度日常生活に浸透しているかは、地域によって異なります。しかし、イスラム教は世界中に広がり、ペルシャ（イラン）やトルコなどアラブではない国にも広がりました。その理由は、どんな人種や階級でも、イスラム教徒として平等だと感じられるようにしたからです。イスラム教の教義の平等性やイスラム文化の先進性など、イスラム教の発展を支えた要素があります。交易は、西アジアを中心とした当時の世界の貿易網を通じて広がっていきました。例えば、東西交易はシルクロードを通り、サハラ交易はサハラ砂漠を通り、インド洋交易はインド洋を通りました。こうしてみると、ムスラム商人が大きな役割を果たしていました。三つの言語とイスラム教の分布西アジアには様々な言語や宗教があり、様々な文化が存在しています。アラビア語は最初、アラビア半島の一部で話されていました。イスラム教が広まるにつれて、イラクから北アフリカへ広がりました。トルコではトルコ語を話し、政治と宗教が分離した時に、アラビア文字がラテン文字に置き換わりました。イランはペルシア語が話されている国で、ほとんどの人がシーア派イスラム教徒です。アラビア語とペルシア語は同じ書き方ですが、文法は大きく異なります。イラクの人口のほとんどはアラブ人ですが、クルド人など非アラブ人が２０％ほどを占めています。イスラエルは国民のほとんどがユダヤ人で、言語も古代ヘブライ語がベースになっている国です。レバノンではキリスト教徒、イスラム教のスンナ派、シーア派が対立し、それぞれの人数に応じた国会議員の数が決められています。シリアではアラブ人が大半を占めますが、キリスト教のアルメニア人もいます。クルド人は、自分の国を持たない世界最大の民族です。彼らはトルコ、イラク、イランに住んでいます。アフガニスタンのように、様々な人種の人々が全員イスラム教を信仰している国もあります。このように、西アジアには様々な宗教と言語があります。イスラム教を信じ、アラビア語を話す人々は、これまで異民族や非イスラム教徒に支配されてきました。それを取り戻すために、アラブ人を一つの集団にまとめようとするアラブ民族主義運動が行われてきました。他の宗教でも、宗教を本来の理想的な姿に戻そうとする運動があります。中東では、イスラム政党が、貧富の差の拡大を食い止め、政府の腐敗を止める努力と政治活動を両立させ、大きな成果を上げています。１９４５年、アラブ系の人々の多いアラブ諸国が集まり、アラブ連盟を結成しました。その目的は、各国の独立を守り、絆を深めようとしたからです。一方、イスラム原理主義と呼ばれる過激派勢力を強めている地域もあります。シリアやイラクでは、政府と過激派組織イスラム国や反体制派との戦闘により、大勢の人々が故郷を離れています。これは国際問題になっています。イスラム教と人々の生活西アジアと中央アジアの人々は、どのように行動し、生活するかについて、イスラム教のルールに従わなければなりません。コーランは、アッラーが預言者ムハンマド（マホメット）に告げた内容を要約した聖典です。コーラン（クルアーン）は、アラビア語で書かれている場合だけ認められます。イスラム教は一神教なので、万能の神アッラーだけを信じています。アッラーは見えないので、偶像を崇拝してはいけません。また、イスラム教を始めた預言者ムハンマド（マホメット）は、信仰の対象になりません。イスラム教徒はただ神を信じるだけでなく、毎日、実際の方法で信仰を示さなければなりません。次の義務（五行）を守らなければなりません。 - 常に自分がイスラム教徒だと表明します。 - １日５回祈ります。 - 貧しい人々にお金を与えます。 - ラマダーン（９月）には日の出から日没まで断食を行います。通常の１年は西暦より３５４日短いので、九曜の断食月の時期は年によって変わります。 - 一生に少なくとも１回は聖地メッカに巡礼しなければなりません。毎年、世界中からイスラム教徒が巡礼に訪れ、街はイスラム教徒で溢れかえっています。富裕層も貧困層も同じ白いローブを着て、カーバ神殿に巡礼に行きます。これは、人種や民族が信者を隔てない姿勢を示す大規模な宗教行事になっています。また、酒や豚肉の飲食禁止、汚いとされる左手での食事禁止、屋外に出る女性のみ肌の露出禁止など、日常生活にも厳しい制限があります。 - イスラム教のカーバ神殿 - 外出する女性は自分の体を隠します。 - 礼拝中のイスラム教徒の服装 - 礼拝中の人達ソ連の影響が残る中央アジアの文化１９９０年代前半、中央アジアの国々はそれぞれ独立しました。中央アジアは、ペルシア語を話すタジキスタンを除き、ほとんどの国がトルコ語系言語を話します。しかし、これらの国の多くは、かつてソビエト連邦（ソ連）の一部となっていたため、今でもロシア語やキリル文字を使っています。国民の大多数はイスラム教徒ですが、正教のキリスト教徒もいます。トルコ系やイラン系の民族は羊を中心とした肉や乳製品を売っています。朝鮮民族はキムチを売っており、この地域の文化の多様性が感じられます。多くの人が信仰しているイスラム教ですが、ソ連時代では禁止されました。そのため、新たにマドラサ（イスラム神学校）を立ち上げてイスラム教育を推進しようという動きも見られます。このように、中央アジアの街並みは、イスラム風のオアシス都市とヨーロッパに建設されたような旧ソ連時代の都市とが共存しています。ソ連時代に農業の集団化（コルホーズ、ソフホーズ）が進んだ結果、農村部には遊牧民が定住し、かつての遊牧生活はほとんど見かけなくなりました。ウズベキスタンの首都タシケントは、中央アジア最大の都市として、長い歴史を持っています。当初はオアシス都市として発展しました。しかし、１９６６年の大地震の後、旧ソビエト連邦によって都市が再設計され、ヨーロッパ的な雰囲気を色濃く残す都市となりました。民族紛争の歴史と課題ユダヤ人とアラブ人との対立パレスチナ紛争（アラブ・イスラエル紛争）の歴史は古く、ユダヤ人が紀元前１５００年頃にパレスチナに定住して国家を樹立した時から続いています。その後、ユダヤ人国家は滅亡して、ユダヤ人は各地に移住させられました（ディアスポラ）。１９世紀後半、パレスチナにユダヤ人国家を再建しようとするシオニズム運動が活発になりました。その結果、より多くのユダヤ人がパレスチナに移り住むようになりました。第一次世界大戦中、イギリスはアラブ人とユダヤ人の協力を求め、アラブ人はトルコからの独立、ユダヤ人はユダヤ人国家を約束しました（バルフォア宣言）。この二重外交のため、パレスチナの主権をめぐる両者の主張が対立して、紛争に発展しました。第二次世界大戦後、国連はパレスチナ分割決議を採択して、パレスチナをアラブ国家とユダヤ人国家に分割しました。これを受けて、ユダヤ人はイスラエル国を建国しました。１００万人以上のアラブ人がパレスチナから追い出されて難民となり、イスラエル建国に反対するアラブ諸国は互いに争うようになりました（第一次中東戦争）。さらに、パレスチナを奪還しようとするパレスチナ解放機構（Palestine Liberation Organization）が結成され、それに対するイスラエルへの攻撃は激しくなりました。１９９３年、パレスチナ人は、対話による紛争終結への第一歩として、暫定自治に合意しました。しかし、紛争は解消されていません。現在、イスラエル側の和平推進派と対パレスチナ過激派、パレスチナ側の穏健派ファタハと過激派ハマスが、紛争の終結方法を巡って対立しています。国内にユダヤ人が住んでいるアメリカなどが仲介役となって和平への道を探ろうとしています。国家をもてないクルド人クルド人は世界全体で約３０００万人暮らしています。そのほとんどがスンニ派で、タルト語を話します。中世以降、オスマン帝国（オスマントルコ）がタルト人を支配していました。第一次世界大戦でオスマン帝国が敗れた後、イギリスとフランスがオスマン帝国を分割して、クルディスタンと呼ばれる居住地は中東諸国に広がりました。それ以来、タルト人と各国が独自の国家建設を目指す争いが増えました。全人口の５分の１にあたる１２００万〜１５００万人のタルト人が住むトルコでは、独立のための武装活動が活発になっています。
null	null	まえがき地理歴史（ちりれきし）は、日本の高校における教科の一つであり、地歴（ちれき）と略されることもある。「世界史」「日本史」「地理」を含む1教科として、教科名にこの呼称が使用される。科目 2022年度から、地理総合と歴史総合が必修化された[1]。 - 歴史分野 - - 歴史総合（通常版） 2単位（必須） - 歴史総合（清水書院準拠版） 2単位（必須） - 世界史探究 3単位 - 日本史探究 3単位学習方法 2021年度までの教科地理歴史科の設置以来、学習指導要領では、世界史・日本史・地理の各分野について、標準単位数2単位の科目と標準単位数4単位の科目の2種類がそれぞれ用意され、地理歴史科は以下の6科目で構成されていた。進捗状況の凡例 - 高等学校世界史 - 世界史A 2単位 (2015-09-13) - 世界史B 4単位 (2015-10-02) - 高等学校日本史 - 日本史A 2単位 - 日本史B 4単位 (2015-09-13) - 高等学校地理 - 地理A 2単位 - 地理B 4単位 (2015-09-13) 世界史はA・Bのどちらかを必修で、加えて日本史A・B、地理A・Bのいずれか少なくとも1科目を履修することになっていた。
null	null	高等学校家庭基礎のページです。中学校の家庭科教科書に載っていた学習内容をさらに範囲を広げた内容が「家庭基礎」や「家庭総合」です。本ページは、大修館書店の新課程教科書「Creative Living 家庭基礎で生活をつくろう」（家総709）に合わせて作成しています。項目の配列と内容も上記教科書会社さんに従いました。学習指導要領に定められた家庭総合の標準単位数は２単位です。 - 当教科書を見ても、その学習項目やタイトルは、家庭総合の内容と全く同じなので、当wikibooksでは家庭総合の内容を流用して、ページを完成させたいと思います。 ※２０２２年はほぼ未執筆、２０２３年４月より段階的に作成予定です。
null	null	高等学校家庭総合のページです。本ページは、大修館書店の新課程教科書「Creative Living 家庭総合で生活をつくろう」（家総705）に合わせて作成しています。項目の配列と内容も上記教科書会社さんに従いました。ただし、場合により、Wikibooks 独自の表現に変更しています。学習指導要領によると、標準単位数は４単位となっています。 ※他科目の進捗状況を見つつ、平日を中心に更新予定です。はじめに第１章生活のマネジメント - ライフステージと発達課題 - 意思決定と生活資源 - ライフスタイルの選択 Skill up 月の予算を立ててみよう演習にTry！私の人生どう生きる? 第２章青年期の課題 - 子どもからおとなへ…青年期の発達課題 - 自立って何だろう?…青年期と成長 Skill up いろいろな価値観にふれてみよう第３章家族・家庭生活のマネジメント - 家族って何だろう…家族の定義と家族構成の変化… (2022-12-10) - どうしたらお互いに理解できるかな?…家族の人間関係と家族の問題 (2022-12-17) - 生活マネジメントの拠点…家庭の機能と労働 (2022-12-23) - 法律から見る家族・家庭…家族・家庭の法律 (2022-12-17) - ダイバーシティの実現をめざす…家族・家庭と社会 (2022-12-17) Skill up 身近な相談窓口を知っておこう第４章子どもの生活と子育てのマネジメント - 子どもの世界を知る - 命の誕生…妊娠・出産と胎児の発育 (2023-04-14) - こんにちは、赤ちゃん - 好奇心いっぱい！ - 子どものいる暮らし - 子どもと「遊び」 - 子どもの健康と事故 - 親になる - 社会が子どもを見守っている演習にTry！子どもとふれあおう Skill up リサイクルおもちゃをつくってみよう第５章高齢期の生活のマネジメント１人生１００年時代の高齢期２年をとる３高齢期の生活を支える４介護演習にTry！高齢者の介助を体験してみよう５これからの高齢社会 Skill up 高齢者の消費者トラブル防止に取り組もう！第６章共生社会をつくる１生活課題を解決したい２社会って何? ３人々が集まって社会が出来る Skill up 自分がいかせる場所を探してみよう！第７章持続可能な社会をつくる - 地球が危ない - ライフスタイル再考 - めざせ！持続可能な社会 Skill up できることから始めようＳＤＧｓ第８章経済生活のマネジメント１生活を営む２経済のしくみを知ろう３お金と上手につきあう術演習にTry！ライフプランを立てよう４１８歳で変わる消費生活５進むキャッシュレス社会６「お金を借りる」 Skill up お金を「借りる」意義と責任を考えよう７消費者トラブルの今８消費者の生活を支援する９情報社会を生きる１０私たちが生きている社会第９章食生活のマネジメント１体と心を満たす食事２イエローカードかも？３日本の食文化＂ＷＡＳＨＯＫＵ＂生活文化を継ぐ・つくる食生活４栄養バランスのよい食事５炭水化物を摂る６脂質を摂る７たんぱく質を摂る８無機質を摂る９ビタミンを摂る１０食卓に彩りを１１食品のプロフィールを知る１２食品を安全に取り扱う１３持続可能な食生活１４みんなでおいしい食事を演習にTry！献立づくりに挑戦１５調理をしてみよう ●調理実習第１０章衣生活のマネジメント１人と被服のかかわり２和服を着たこと、ある？生活文化を継ぐ・つくる衣生活３快適な被服の条件４夏は麻、冬は毛の理由５健康と安全を守る被服６長持ちさせる手入れ７被服の３Ｒ Skill up 衣類を選ぶ基準について考えよう８オリジナルの被服をつくる ●被服実習９衣生活のＰＤＣＡ第１１章住生活のマネジメント１住まいを知ろう２日本の住文化を知ろう生活文化を継ぐ・つくる住生活３住む人の生活と住まい４心地よく暮らすために５安全に安心して暮らす６住まいを長く使う７住環境を見つめてみよう Skill up 家を借りる計画を立ててみよう最終章生活をデザインする生活について考えよう、など（ワーク）演習にTry！私の未来ホームプロジェクトとスクールプロジェクト
null	null	家族は一番近い人間集団一番近いけど、意外とお互いの事は解っていないかもしれません。家族なんだから、わかっている、わかってもらえているとついつい考えますが、意外とそうではなく、些細なことで大喧嘩になってしまう事もありますよね。この国は儒教的な倫理観が常に主流だったので、親の権威も絶大ですし、常に親の意見がすべて正しいという展開になりがちですが、今後未来にかけてはもう少し子供の意見、立場、権利が見直され、子供の主張や自主性が尊重され、より穏やかで豊かな家族関係が出来てくると良いと思います。コミュニケーションと時間の経過コミュニケーションが大事だとはよく言いますが、この言葉は特定の慣れ合った集団に不当に利益を与えることも多いように思います。コミュニケーションがスキルだという言及も欺瞞でしょう。特定の安易に通じ合った多数派が、自分たちはスキルを持っていると主張したいだけではないかな? しかし困難だろうと安易だろうと家族関係もまた、コミュニケーションの一形態でしょう。個性として通じ合うものがあれば、割とスムーズにコミュニケーションできますが、逆に許容できなくて反目しあう事も多い。家族は一番近い他者ですが、近ければ優位な事も、逆に困難なこともあると思います。しかし結局家族にしてもそれ以外でも、コミュニケーションなんて学校で座学でまなぶものではない。実際に自分が生きて、生活して、家族と、他者と接して、何かを見出すしかないでしょう。家族に起きている問題実際家族関係が破綻すれば、もちろん家族関係だけではなくあらゆる人間関係で、様々な問題が発生することになるでしょう。夫婦間暴力（ＤＶ）、親子間暴力（家庭内暴力）、子供や高齢者への虐待、毒親とか、ＳＮＳやゲーム依存、引きこもりや登校拒否、その手の話題はテレビや新聞、インターネット、あるいは日常の会話でも、溢れていると思います。実際に世にその手の話題があふれているという事は、誰でもいつでも、その手の問題に悩まなくてはいけなくなる可能性があるという事でしょう。実際世の中でまことしやかに語られていることも、その実相は語られていることと大きく違う事も多い。ネガティブな話題ではなく逆に美談や成功談も多いですが、本当に語られているように素晴らしい、美しい人たちなのかは結構疑問もありますよ。結局これも学校の座学で何とかなることではないでしょう。自分自身で生きて、この社会と家族、人間について知っていくしかありません。
null	null	家族とは？普通、家族とは「一緒に暮らす人の中で、主に夫婦とその血縁関係で成り立った集団」を指します。簡単に説明すると、夫婦、親子、従兄妹など、婚姻関係や血縁関係にある人達です。「共同生活」といっても、一緒に暮らしていない家族もいます。例えば、単身赴任や進学、就職などの理由がある場合や祖父母が遠くに住んでいる場合などです。また、家族は一生を通じて変化します。「生まれ育つ家族（出生家族）」と「作る家族（創設家族）」があります。ファミリー・アイデンティティファミリー・アイデンティティとは、「あなたの家族は？」と聞かれた時に思い浮かぶ家族の集団をいいます。もしあなたがペットを家族の一員と考えるなら、それは家族です。結婚していなくても、血縁がなくても、一緒に暮らしている人があなたを「家族」と思えば、あなたは家族です。家族をどう考えるか、どんな家族になりたいかはそれぞれ異なります。家族と世帯一般的に家族という言葉が使われていますが、その意味は明確ではありません。そこで、国や地方自治体の統計や調査（国勢調査など）では、世帯を調べます。世帯とは、一緒に住み、協力して生計を立てている集団を指します。日本の核家族世帯数は約３０００万世帯で、全世帯の約５４％を占めています。その理由は産業構造の変化が関係していて具体的には次の通りです。 - 会社員など被雇用者の増加 - 農業・漁業・自営業など代々にわたって同じ土地に住む大家族世帯の減少 - 都市部への人口集中による住宅の狭小化、少子化一方、最近、単身世帯（一人暮らし世帯）の割合が急激に増えてきています。この理由は、長寿化、晩婚化、非婚化によって、単身世帯の期間が長くなっているためです。この傾向は、今後２０年間続くと思われます。１世帯に住む人数（平均世帯人員）は年々減っていますが、世帯数は増えています。現在の日本は、小さな家族や一人暮らしの世帯が少なくありません。このような社会では、家族だけで面倒を見るのは難しく、近所付き合いも薄れてしまいます。そこで、家族や個人が孤独にならず、安心して暮らせるようにするために、社会的な支援を求めています。資料出所：総務省統計局令和２年国勢調査人口等基本集計結果結果の概要（２０２２年１２月１０日閲覧）プラスキーワード産業構造第一次産業（農林水産業など）、第二次産業（製造業、建築業、電力・ガス・水道業など）、第三次産業（情報通信業、金融業、運輸業、小売業、サービス業など）です。現在、第三次産業は約７３%を占めています。資料出所：総務省統計局令和２年国勢調査就業状態等基本集計結果結果の概要（２０２２年１２月１０日閲覧）
null	null	家庭の機能あなたにとって、家庭とはどのような場所ですか？家庭では、家族が衣食住を中心とした生活を送る場所なので、生活の中心となります。家庭には、個人に対する機能と社会に対する機能があります。個人に対する機能では、愛情を注ぎ、衣食住を整え、子育てをしながら、お年寄りを世話します。社会に対する機能では、次世代を育てて、送り出し、働いて社会を支え、消費して経済を支え、ボランティア活動で地域社会を支えます。家庭の機能の社会化農業や漁業が主な収入源だった時代には、食糧生産、収入、冠婚葬祭、炊事や洗濯、衣服の縫製やお直し、住居建築や子供の教育まで、家族で協力して行いました。ところが、現代では、家族が外で働いてお金を稼ぐ場合が少なくありません。家族はお金と引き換えに、専門機関や公的機関から料理や掃除、教育などを助けてもらいます。このように家事を社会に委ねる仕組みを家庭の機能の社会化といいます。インターネットやAIの普及により、家事の分担がしやすくなり、家事の分担はみるみる減っています。家庭の機能で変わらないもの家庭の機能が社会進出しても、なぜ、人々は家族を誘って一緒に生活するのでしょうか。その理由は、家族の役割全てをお金で賄えないからです。もし、家族の役割が社会に引き継がれたとしても、それぞれのパーソナリティ（人間性）の安定と、社会の支援を受けながら喜怒哀楽を感じながら助け合い、共に生きていこうとするパートナーシップは変わりません。家庭の機能と労働・時間家庭を支えるには、労働が必要です。労働には、給料を貰う仕事（有償労働）と、給料を貰わない仕事（無償労働）があります。私達は、給料を貰う職業労働をしながら家計を支え、稼いだお金で家事労働などをして生活を支えています。労働は時間（生活時間）をかけて行われます。１日２４時間は誰にでも同じようにあり、それをどう使うかはその人次第です。しかし、いくらお金を稼いでも、全ての時間が労働に使われたら、豊かな人生とは言えません。家族の機能を発揮するために何を必要としているでしょうか？その機能を満たすために、仕事と家事・豊かな暮らしのバランス（ワーク・ライフ・バランス）と生活時間の配分をどのようにしたらよいのでしょうか。
null	null	加筆・訂正を行ってくれる協力者をお待ちしています。この内容は暫定的な物です。指導要領では次のように教育内容を定めてます。章や節のページ名の命名での混乱を回避するため、各項目のページ名は、指導要領の表現に準拠した名称に統一したいと思います。コンピュータシステム技術 - コンピュータシステムの概要 - コンピュータシステムの分析と設計 - コンピュータシステムの評価ネットワーク技術 - データ通信の方式と機器 - ネットワークの階層とプロトコル - ネットワークの設計と施工 - ネットワークサービス - ネットワークシステムの運用と保守データベース技術 - データベースの概要 - データベースの設計と運用マルチメディア技術 - マルチメディア技術の概要 - ディジタル化技術 - 圧縮と送受信 - マルチメディアの表現技法
null	null	高等学校工業/ソフトウェア技術/OS起動の仕組みコンピュータの起動プロセスは、ハードウェアとソフトウェアが連携して、システムを起動し動作可能な状態にする手順です。一般的に、コンピュータの起動プロセスは以下の手順で行われます： - 電源投入: - コンピュータの電源を投入すると、電源がハードウェアコンポーネントに供給され、システムが起動します。 - ファームウェアの初期化: - ハードウェアの初期化を行うファームウェア（BIOSまたはUEFI）が起動します。ファームウェアは、基本的なハードウェアの設定や初期化、およびブートデバイスの検出を行います。 - ブートデバイスの選択: - ファームウェアは、ブートデバイス（ハードディスク、SSD、USBデバイスなど）を検出し、その中から起動可能なデバイスを選択します。 - ブートローダーの読み込み: - 選択されたブートデバイスから、ブートローダーが読み込まれます。ブートローダーは、起動可能なOSをロードし、実行するための手順を指示します。 - OSの起動: - ブートローダーがOSを読み込み、カーネルをメモリにロードします。その後、OSの初期化と実行が開始されます。 - 初期化とセッションの開始: - OSが起動すると、各種デバイスやサービスが初期化されます。ログイン画面が表示される場合は、ユーザーがログインするための準備が整います。 - ユーザーセッションの開始: - ユーザーがログインすると、OSはユーザーセッションを開始し、デスクトップ環境またはコマンドラインインターフェースなどの操作可能な状態になります。以上が一般的なコンピュータの起動プロセスの手順です。このプロセスは、BIOSやUEFIなどのファームウェア、ブートローダー、およびOSの特定の設定によって異なる場合があります。 UEFIの場合 UEFI（Unified Extensible Firmware Interface）は、従来のBIOS（Basic Input/Output System）の後継として設計された、コンピュータの起動プロセスを管理するための仕組みです。 UEFIは、ハードウェアとソフトウェアの間のインターフェースとして機能し、より柔軟性があり、機能的に豊富な起動環境を提供します。 UEFIによるOSの起動プロセスは次のような手順で行われます： - ファームウェア・イニシャライゼーション（Firmware Initialization）: - コンピュータの電源が入ると、UEFIファームウェアが起動します。この時点では、ファームウェアがハードウェアの初期化を行います。メモリの初期化、デバイスの検出、およびシステム構成情報の読み込みが行われます。 - ブートマネージャの実行: - ファームウェアがハードウェアの初期化を完了すると、UEFIブートマネージャが起動します。ブートマネージャは、どのOSを起動するかを決定する役割を果たします。通常、UEFIファームウェアには、どのブートローダーを起動するかを指定するための設定が含まれています。 - ブートローダーの読み込み: - ブートマネージャが決定したOSのブートローダーが読み込まれます。UEFIシステムでは、ブートローダーは通常、EFIシステム・パーティション（ESP）に格納されます。ESPはFAT32形式でフォーマットされ、UEFIファームウェアによって認識されます。 - OSの読み込み: - ブートローダーが読み込まれると、そのブートローダーは指定されたOSのカーネルを読み込み、実行します。これにより、OSがメモリにロードされ、実行可能な状態になります。 - OSの起動: - OSが起動され、ユーザーがデスクトップ環境またはコマンドラインインターフェースなど、そのOSが提供する環境にアクセスできるようになります。以上がUEFIを使用したOSの起動プロセスの基本的な手順です。UEFIは、従来のBIOSよりも柔軟性があり、セキュリティ機能が強化されているため、現代のコンピュータシステムで広く採用されています。 UEFIには、起動の他に以下の機能があります。 - セキュアブートの検証: - UEFIはセキュアブート機能をサポートしており、OSやブートプロセスに対する改ざんやマルウェアの導入を防ぐための仕組みです。セキュアブートでは、OSやブートローダーがデジタル署名された信頼できるものであることを検証します。これにより、システムの信頼性とセキュリティが向上します。 - UEFIファームウェア設定の管理: - UEFIファームウェアは、コンピュータの設定を管理するためのGUIまたはコマンドラインインターフェースを提供します。これにより、ユーザーはハードウェアの構成や動作をカスタマイズできます。UEFI設定には、起動オプションの構成やデバイスの優先順位、セキュリティ設定などが含まれます。 - その他の機能: - UEFIは他にもさまざまな機能を提供しています。例えば、ネットワーク経由での起動（PXEブート）、統合された診断ツール、およびハードウェアの構成情報の収集などがあります。起動プロセスにおけるUEFIとBIOSの違い UEFI（Unified Extensible Firmware Interface）とBIOS（Basic Input/Output System）は、コンピュータの起動プロセスを管理するための異なる技術です。それぞれの方式でOSを起動する際の主な違いは次のとおりです： - 起動方式 - - BIOS - BIOSは従来の方式で、マスターブートレコード（MBR）を使用してOSを起動します。MBRは512バイトのセクターで、ブートローダーが格納されています。 - UEFI - UEFIはより現代的な方式で、GUIDパーティションテーブル（GPT）を使用します。GPTはMBRよりも高度なパーティショニング方式であり、UEFIはGPT内のEFIシステムパーティションからブートローダーを読み込みます。 - ブートローダー - - BIOS - BIOS方式では、ブートローダーはMBR内に格納されます。通常、グランドマスターブートレコード（GRUB）やNTLDRなどのブートローダーが使用されます。 - UEFI - UEFI方式では、ブートローダーはEFIシステムパーティションに格納されます。これにより、複数のOSを同じディスクにインストールする際に、ブートローダーが互いに干渉することなく独立して管理されます。 - セキュリティ - - UEFI - UEFIはセキュアブートと呼ばれるセキュリティ機能を提供し、OSやブートプロセスに対する改ざんを防止します。セキュアブートでは、ブートローダーやOSがデジタル署名されているかどうかを検証し、信頼できるものであるかを確認します。 - BIOS - BIOS方式では、セキュアブートの機能が限られており、通常のBIOS設定や物理的な制約に頼ることが一般的です。 - 機能性 - - UEFI - UEFIはBIOSよりも機能が豊富で、より高度なハードウェアの初期化や構成が可能です。また、UEFIはネットワークからの起動（PXEブート）などの高度な機能をサポートしています。 - BIOS - BIOSは機能が限られており、基本的なハードウェアの初期化とブートプロセスの管理に特化しています。これらの違いにより、UEFIはより現代的で柔軟性があり、セキュリティが強化された起動方式として、従来のBIOSよりも広く採用されるようになっています。以下は、BIOSとUEFIを使用したパーティション構成の比較を表形式で示したものです：この表を通じて、BIOSとUEFIの主な違いがより明確になるでしょう。 UEFIはより現代的で柔軟性があり、セキュリティ機能も強化されています。用語集以下は、OS起動関連の用語集です： - ブート: - コンピュータを起動すること。通常、電源を入れると自動的にブートプロセスが開始される。 - ファームウェア: - コンピュータのハードウェアとソフトウェアの間のインターフェース。BIOSやUEFIが代表的なファームウェアの例。 - BIOS (Basic Input/Output System): - コンピュータの起動プロセスを管理する古典的なファームウェア。ハードウェアの初期化とOSの起動を担当する。 - UEFI (Unified Extensible Firmware Interface): - BIOSの後継として開発されたファームウェア。より柔軟で機能が豊富であり、セキュリティ機能も強化されている。 - ブートデバイス: - OSを起動するために使用されるストレージデバイス。通常はハードディスク、SSD、USBドライブなど。 - ブートローダー: - ブートデバイスからOSを読み込み、実行するプログラム。GRUBやWindows Boot Managerなどが代表的なブートローダー。 - MBR (Master Boot Record): - BIOS方式で使用されるブートプロセスの一部。ブートローダーやパーティションテーブルなどの情報を含むセクター。 - GPT (GUID Partition Table): - UEFI方式で使用されるパーティションテーブルの形式。MBRよりも大容量のドライブや複数のOSをサポートする。 - EFIシステムパーティション: - UEFI方式で使用されるシステムパーティション。ブートローダーやUEFIファームウェアのファイルが格納される。 - セキュアブート: - UEFIで使用されるセキュリティ機能。ブートプロセスやOSが改ざんされていないことを検証し、信頼できるものであるかを確認する。これらの用語は、コンピュータの起動プロセスやファームウェア、ブート方式などに関連する概念を理解するのに役立ちます。 - これ以降で説明しているBIOSは、現在のパーソナルコンピューターやサーバーではUEFIに置き換えられています。 - また、Windows 11は、UEFI（Unified Extensible Firmware Interface）をサポートするシステムでのみインストールおよび実行できます。つまり、Windows 11を実行するためには、UEFIが有効なシステムが必要です。この項目では、インテルアキテクチャについて限って説明します。なので、スマートホンやタブレットあるいはiPhoneやiPadなど多くのARMアーキテクチャやそれ以外のアーキテクチャについては適用できない部分もあります。また、アーキテクチャだけに限定されません。システムの起動 - コンピューターの電源を入れるなどしてシステムが起動されるときに、まずパワーオンセルフテスト（POST）が起動します POSTとは、コンピューターなどのデジタル電子機器の電源を入れた直後に、ファームウェアやソフトウェアのルーチンによって実行される処理のことです。ここでは主にパソコンのPOSTについて説明しますが、家電製品、航空電子機器、通信機器、医療機器などの多くの組み込みシステムにも、電源投入時に自動的に起動されるセルフテストのルーチンがあります。 POSTの結果は、機器の一部であるパネルに表示されたり、外部機器に出力されたり、診断ツールで検索できるように保存されたりします。セルフテストでは、通常の人間が読めるディスプレイが機能していないことが検出される可能性があるため、エラーコードを点滅やビープ音で表示するためのインジケータランプやスピーカを備えてもよい。POSTプロセスは、テストを実行するだけでなく、ファームウェアから機器の初期状態を設定することもある。コンピュータの場合、POSTルーチンはデバイスのプリブートシーケンスの一部であり、POSTルーチンが正常に完了すると、ブートストラップローダーコードが起動してオペレーティングシステムがロードされる。 POSTの主要な働きとしては - ハードウェアの初期化と診断 - ハードウェアの検出 - ファームウェアへの処理の引継ぎなどがあります。 BIOS（Basic Input/Output System）は、レガシーなファームウェアシステムであり、かつてはパーソナルコンピュータで広く使用されていました。BIOSは、コンピュータの起動時にハードウェアを初期化し、オペレーティングシステムを読み込む役割を果たします。しかし、BIOSにはいくつかの制約があり、特に大規模で高度な機能が求められる現代のシステムにおいては限界がありました。これに対して、UEFI（Unified Extensible Firmware Interface）はBIOSの後継として開発され、より柔軟で先進的なファームウェアインターフェースを提供しています。 UEFIは、BIOSよりも多くの機能を持ち、高度なセキュリティ、ネットワーキング機能、先進的な起動手順などをサポートしています。また、UEFIは32ビットおよび64ビットアーキテクチャをサポートし、BIOSよりも柔軟な開発環境を提供しています。また、Windows 11は、UEFI（Unified Extensible Firmware Interface）をサポートするシステムでのみインストールおよび実行できます。つまり、Windows 11を実行するためには、UEFIが有効なシステムが必要です。現代のパーソナルコンピュータやサーバーでは、UEFIが主流となりつつあり、新しいハードウェアやオペレーティングシステムがUEFIに対応しています。しかし、一部のレガシーシステムや一部の組み込み機器などでは、今でもBIOSが使用されていることがあります。 IBM互換機のPOST IBM PC互換機では、POSTの主な役割はBIOSが担っていますが、特にビデオやSCSIの初期化など、特定の周辺機器を初期化するために設計された他のプログラムにその役割の一部を委ねることがあります。これらのプログラムは一般的にオプションROMと総称され、個々にはビデオBIOSやSCSI BIOSなどと呼ばれています。 POST時のメインBIOSの主な役割は以下の通りです。 - CPUレジスタの確認 - BIOSコード自体の整合性の確認 - DMA、タイマー、割り込みコントローラなどの基本コンポーネントの確認 - メインメモリの初期化、サイズ、および検証 - BIOSの初期化 - 他の専門的な拡張BIOSに制御を渡す（インストールされている場合）。 - ブート可能なデバイスの識別、整理、選択上記の機能は、最初のバージョンまでのすべてのBIOSでPOSTによって提供されています。それ以降のバージョンのBIOSでは、POSTは以下の機能も備えています。 - チップセットの初期化 - すべてのシステムバスとデバイスを検出、初期化、カタログ化します。 - システム設定のためのユーザーインターフェースの提供 - ターゲットのOSが必要とするシステム環境を構築する。 (初期のBIOSでは、POSTはブートデバイスの整理や選択を行わず、単にフロッピーディスクやハードディスクを特定し、システムは常にその順番で起動しようとしました) BIOSは、プロセッサがリセットされるとPOSTを開始します。CPUが最初に実行しようとするメモリの場所は、リセットベクタと呼ばれます。ハードリブートの場合、ノースブリッジは、このコードフェッチをシステムフラッシュメモリ上にあるBIOSに指示します。ウォームブートの場合、BIOSはRAMの適切な場所に配置されており、ノースブリッジはリセットベクターコールをRAMに向けます。(チップセットが標準装備される以前のPCシステムでは、BIOS ROMはリセットベクターを含むアドレス範囲に配置されており、BIOSはROMから直接実行されていました。マザーボードのBIOS ROMがコンベンショナルメモリマップのセグメントF000にあるのはこのためです)。現代のBIOSのPOSTフローの中で、BIOSが最初にすべきことの1つは、実行している理由を決定することです。例えば、コールドブートの場合は、すべての機能を実行する必要があります。しかし、システムが省電力やクイックブート方式をサポートしている場合、BIOSは標準的なPOSTのデバイス検出を回避し、事前にロードされたシステムデバイステーブルからデバイスを単純にプログラムすることができるかもしれません。 PCのPOSTフローは、非常にシンプルでわかりやすいプロセスから、複雑で入り組んだプロセスへと発展してきました。POSTの間、BIOSは、簡単なメモリテストとセットアップ画面が表示されるだけで、PCがサポートすることが期待されるハードウェアとOSのマトリックスのために、多数の競合、進化、さらには相互に排他的な標準とイニシアティブを統合しなければなりません。 2000年前後の初期のBIOSでは、POSTは、完全なメモリテストを含むすべてのデバイスの完全なテストを行いました。IBMのこの設計は、コールドスタートプロセスの一部として完全なハードウェアテストを実行する大型システム（メインフレームなど）に倣ったものです。PCのプラットフォームが一般消費者向けに進化するにつれ、メインフレームやミニコンピュータにヒントを得た、パリティメモリやPOSTごとの徹底したメモリテストなどの高信頼性機能は、ほとんどのモデルで廃止されました。これには、PCのメモリサイズが指数関数的に大きくなり、それに伴ってメモリの価格も指数関数的に下がったことが影響しています。これは、あるCPUを使ったメモリテストの時間がメモリサイズに正比例するためです。
null	null	高等学校工業/ソフトウェア技術/オペレーティングシステムの目的オペレーティングシステムの必要性よく使う機能の提供たとえば、ゲーム制作をしたい人が「プレイヤーがマウスを動かす」、「画面上のマウスカーソルの位置が動く」といった機能を、いちいちプログラムするのは、面倒である。あるいは、会計処理ソフトをつくるソフトウェア企業が、利用者がマウスを動かすとマウスカーソルも動く機能を、いちいちプログラムするのも、手間である。「マウスを動かすと、マウスカーソルが動く機能」のように、ほとんどの利用者が使用する機能は、あらかじめOSに入れておくのが合理的である。また、CPUの制御やメモリの管理などは、どんな利用者であっても、そもそもコンピューターの動作に必ずCPUとメモリが必要なので、かならず必要になる機能であり、このような機能も、OSが扱うのが合理的である。ハードディスクの管理も、ほとんどの利用者が使用するだろうから、OSにハードディスク管理の機能を入れておくのが合理的である。ハードウェアの差異の吸収オペレーティングシステム（OS）が無かった時代を考えよう。まず、マイクロソフト社の Windows（ウィンドウズ）がなかった時代。今でこそ、パソコンを買う時に、それが富士通のパソコンだろうが、NECのパソコンだろうが、それとも東芝のパソコンだろうが、あるいはパナソニックのパソコンだろうが、Windowsさえインストールされていれば、Windows対応の（そのバージョン対応の）さまざまなアプリケーションが動作できる。しかし、昔は違っていたのである。Windowsが普及する前は（1990年代なかばよりも以前は）、あるソフトを買う時、パソコンのメーカーごとに、その機種に対応したソフトを買う必要があったのである。昔はNECのパソコン、富士通のパソコン、シャープのパソコンなど、ハードウェアごとにソフトウェアは別々であった。このような状況は、消費者からすると不便である。また、プログラマーなどのようなソフトウェアの開発者にとっても、各社のハードウェアごとに、ソフトウェアを開発しなおす必要があり、不便であった。オペレーティングシステム（OS）は、こういった、ハードウェアごとにソフトをつくりなおす手間をなくすために、開発されていったという側面もある。消費者からすれば、特定のハードウェア業者にこだわらなくても良いので、購入の選択肢が増える。 OS生産業者は、ハードウェア生産者に対して、どのようにハードを設計すればそのOSが動くかを、情報提供する必要がある・・・はずである（ハードウェア生産者に、情報提供しないと、そのOSに対応したハードを、ハードウェア生産業者が製造できない）。ハードウェア生産業者は、そのOSが動くかどうかさえを検証すれば、あとは個別の（今でいう）アプリケーションを動くかどうかは、検証する手間が省ける。 - 備考: 1980年代当時も、MS-DOS（エムエスドス）というマイクロソフト社のオペレーティングシステムがあったが、いまのWindowsほどには機能が充実していなかったので、ハードウェアごとの差を吸収しきれなかったのである。 - 備考2: 「OS生産業者は、ハードウェア生産者に対して、どのようにハードを設計すれば、そのOSが動くかを、情報提供する必要がある・・・はずである。」と先ほど述べたが、パソコンのハードウェアは、CPUやメモリ基板、マザーボード、ハードディスクなどの組み合わせである。つまりOS生産者は、それらの部品の生産者に対して、情報提供をする必要があるのだろう。逆に、CPU生産業者なども、OS生産業者などに対して情報提供をする必要があるのだろう。
null	null	高等学校工業/ソフトウェア技術/カーネルとユーザーランドカーネルとは、オペレーティングシステム（OS）の中核的なコンポーネントであり、ハードウェアリソース（CPU、メモリ、デバイスなど）の管理、アプリケーションとのインターフェース、タスクスケジューリング、ファイルシステムの管理などを担当しています。一方、ユーザーランドとは、ユーザープログラムが実行される場所です。一般的に、カーネルとユーザーランドは異なる特権レベルで動作しています。カーネルは、最上位の特権レベルで動作し、ハードウェアリソース全体にアクセスできます。一方、ユーザーランドは、より限定された特権レベルで動作し、カーネルが提供するサービスを利用することができますが、直接ハードウェアリソースにアクセスすることはできません。この特権分離により、カーネルはセキュリティ上の強化が可能になります。ユーザープログラムによるシステムの誤用または破損を防ぎ、システムの安定性を高めるために、正しく設計されたアプリケーションは常にユーザーランドで動作するようになっています。カーネルとはカーネルは、コンピュータ上で動作するオペレーティングシステムの一部であり、重要な役割を担っています。カーネルは、ハードウェアのリソースを管理し、プログラムとハードウェアの間のインターフェースを提供します。さらに、それは、プログラムがCPUやメモリ、ストレージなどのリソースを使用できるように制御します。カーネルは、一般に、マイクロカーネルかモノリシックカーネルのいずれかで構成されています。マイクロカーネルは、カーネルのコア部分だけがコンピュータのハードウェアと通信し、それ以外のすべてのサービスはユーザーモードのプログラムで提供されます。一方、モノリシックカーネルは、すべてのカーネルサービスがカーネルの一部として提供されます。カーネルは、さまざまなトレードオフを必要とする非常に複雑なシステムです。カーネルは、最高のパフォーマンスを提供する必要がありますが、同時にセキュリティ、安定性、可用性にも配慮しなければなりません。これらの観点から、カーネルの設計は重要です。最近のカーネルの開発では、オープンソース開発が活発に行われています。Linuxカーネルは、非常に人気があり、広く使用されています。さまざまなアーキテクチャで動作するように設計されており、さまざまな用途に適しています。その他の有名なオープンソースカーネルには、FreeBSD、OpenBSD、NetBSDなどのBSD UNIXのカーネルがあり、BSD UNIXでは、カーネルに加えOSを構成するコマンドやライブラリも１つのソースツリーで維持管理されており、カーネルとユーザーランドの間で食い違いが生じないことが保証されています。カーネルの実装手法の分類カーネルの実装手法は、マイクロカーネル、モノリシックカーネル、ハイブリッドカーネルの3つに分類することができます。マイクロカーネルは、最小限の機能しか持たず、必要な他の機能はプラグインとして外部から追加されるカーネルです。このアーキテクチャは、モジュール性が高く、カーネルの再利用性が高いことが特徴です。しかし、外部プラグインを呼び出すためのオーバーヘッドが発生し、性能が劣る場合があります。モノリシックカーネルは、カーネルが必要なすべての機能を直接持っており、ユーザープロセスと直接やり取りをすることができます。このアーキテクチャは、プロセス間通信が高速であることが特徴で、システム全体の性能も高いと言えます。しかし、カーネルが大きくなりがちであり、修正、保守、拡張が困難になることがあります。ハイブリッドカーネルは、マイクロカーネルとモノリシックカーネルを組み合わせたアーキテクチャです。カーネルが直接持つ必要がある機能はモノリシックカーネルで実装され、それ以外の機能はマイクロカーネルで提供されるプラグインとして提供されます。このアーキテクチャは、マイクロカーネルのメリットとモノリシックカーネルのメリットを合わせ持つことができますが、カーネルの複雑さが増す可能性があります。カーネルの外に実装されるOSの機能カーネルは、オペレーティングシステム（OS）の中核であり、ハードウェアとソフトウェアの間のインタフェースを提供し、重要なリソース管理やタスクのスケジューリングなどの機能を担当しています。しかし、実際のOSには、カーネルの外に実装される多くの機能が存在します。以下では、その一部を紹介します。 - コマンドインタープリタ（シェル） - シェル（Shell）は、ユーザーとオペレーティングシステムの間のインタラクティブなインターフェースを提供するプログラムです。ユーザーがコマンドを入力し、それを解釈してOSの機能を実行する役割を果たします。 - ウィンドウシステム - ウィンドウシステム（Windowing System）は、グラフィカルユーザーインターフェース（GUI）を提供するためのソフトウェアシステムです。ウィンドウシステムは、画面上のウィンドウやアイコン、メニュー、マウスカーソルなどの表示を管理し、ユーザーがマウスやキーボードを使用してアプリケーションとのやり取りを行うためのインターフェースを提供します。マイクロカーネルの場合マイクロカーネルは、OSのカーネルの構造に関するアプローチであり、最新のOSの多くに採用されています。マイクロカーネルでは、カーネルサービスが小さく、カーネルの残りの部分はユーザーモードで実行されます。マイクロカーネルの機能マイクロカーネルは、たとえばメモリ管理、スケジューリング、プロセス管理といった基本的な機能を提供し、それ以外のファイルシステムやネットワーキングなどすべての機能はユーザーモードで実行されるマイクロカーネルサービスで提供されます。このアプローチにより、OSはよりモジュール性が高まり、カスタマイズが容易になります。 - OSパーソナリティ - OSパーソナリティは、マイクロカーネル内で特定のオペレーティングシステムの機能を提供するモジュールです。 - カーネルは基本機能のみを提供し、OSパーソナリティが特定のOSの機能をカーネルとユーザーランドの間で仲介します。 - 例えば、NeXTSTEPはMach上で動作し、NeXTSTEP向けのOSパーソナリティが必要でした。これにより、カーネルは異なるOSの実行環境を提供することができます。アプリケーション・プログラミング・インターフェース（API）オペレーティングシステム（OS）のアプリケーションプログラミングインターフェース（API）は、OSがアプリケーションや他のソフトウェアコンポーネントが使用するために提供する関数、メソッド、またはプロトコルのセットです。これらのAPIによって、アプリケーションはOSと通信し、相互作用して、システムの下層リソースや機能にアクセスし、制御することができます。 APIには通常、以下のような側面が含まれます： - プロセス管理：これらのAPIにより、アプリケーションはプロセスの作成、終了、管理、およびプロセス間通信（IPC）を行うことができます。たとえば、新しいプロセスの作成、プロセスの完了を待機する、メッセージを送信するなどがあります。 - ファイルシステム：これらのAPIにより、アプリケーションはファイルシステムを操作し、ファイルの作成、読み取り、書き込み、削除、およびファイルおよびディレクトリ構造の管理を行うことができます。たとえば、ファイルを開く、ファイルの内容を読み取る、ファイルを閉じるなどがあります。 - メモリ管理：これらのAPIにより、アプリケーションはメモリの割り当てと解放、および仮想メモリシステムの管理を行うことができます。たとえば、メモリの割り当て、メモリの解放、メモリページの管理などがあります。 - デバイスドライバ：これらのAPIにより、アプリケーションはハードウェアデバイスと通信し、デバイスドライバを介してハードウェア機能にアクセスすることができます。たとえば、デバイスをオープンする、コマンドを送信する、データを受信するなどがあります。 - ネットワーク通信：これらのAPIにより、アプリケーションはネットワーク通信を行うことができ、ネットワーク接続の確立、データの送受信などが可能です。たとえば、ソケットの作成、接続の確立、データパケットの送信などがあります。 - セキュリティと権限：これらのAPIにより、アプリケーションはセキュリティ操作と権限管理を行い、システムの安全性と安定性を確保することができます。たとえば、認証、アクセス制御、暗号化解除などがあります。異なるOSには異なるAPIがありますので、開発者はそれに合わせてアプリケーションを開発する必要があります。実際のAPI 以下に、各代表的なオペレーティングシステムにおける複数のAPIを紹介します。 - Windows - - Win32 API - 伝統的なWindowsアプリケーション開発に使用されるAPIで、ウィンドウの作成、メッセージ処理、ファイル操作などを行います。 - .NET Framework/.NET Core - C#やVB.NETなどの.NET言語で開発されたアプリケーション向けのAPIで、GUIアプリケーションやWebアプリケーションを開発する際に使用されます。 - Winsock2 - WindowsでBSD Socket APIを模倣してネットワーク通信用のAPIで、TCP/IPやUDPなどのプロトコルをサポートします。 - UNIX; - - POSIX API - POSIX APIは、UNIXおよびUNIXライクなオペレーティングシステムで共通のAPI規格です。これは、プロセス管理、ファイルシステム操作、スレッド管理などの機能を提供します。 - BSD Socket API - BSD Socket APIは、UNIXおよびUNIXライクなオペレーティングシステムでソケットプログラミングを行うためのAPIです。これは、ネットワーク通信に使用され、TCP/IPやUDPなどのプロトコルをサポートします。 - macOS - - Cocoa API - Objective-CやSwiftで開発されたアプリケーション向けのAPIで、GUI要素やイベント処理などを提供します。 - Core Foundation API - C言語やObjective-Cで開発されたアプリケーション向けのAPIで、データ管理やリソース管理などの基本的な機能を提供します。 - Linux - - Linux Kernel API - Linuxカーネルとのやり取りに使用されるAPIで、デバイスドライバやシステムコールなどの低レベルな操作を行います。 - Android - - Android Framework API - Javaで開発されたアプリケーション向けのAPIで、GUI要素やネットワーク通信、データベースアクセスなどの機能を提供します。 - Android NDK - CやC++で開発されたアプリケーション向けのAPIで、ネイティブコードを使用する場合やハードウェアとの直接的なやり取りが必要な場合に使用されます。 - iOS - - Cocoa Touch API - Objective-CやSwiftで開発されたアプリケーション向けのAPIで、GUI要素やデバイスのハードウェア機能にアクセスするための機能を提供します。 - UIKit Framework - iOSアプリケーションの開発に使用される主要なフレームワークで、ユーザーインターフェイスの作成やイベント処理などの機能を提供します。これらは各オペレーティングシステムごとに代表的なAPIの一部です。それぞれのAPIは、開発者がアプリケーションを開発する際に利用され、特定の目的や要件に応じて選択されます。ライブラリとランタイムライブラリプログラムの作成において、三角関数などのよく利用されるアルゴリズムは、プログラミング言語の作成者によってすでに用意されている場合があります。そのため、プログラマーは自らアルゴリズムを実装する必要はなく、プログラミング言語が提供するアルゴリズムを呼び出すためのコードを記述するだけで済みます。このような仕組みを「ライブラリ」と呼びます。プログラミング言語やオペレーティングシステム（OS）によっては、プログラム開発に必要なライブラリが提供されることがあります。プログラミング言語の専門書も、その言語で利用できるライブラリの使用方法について詳しく解説しています。また、OSが提供するライブラリは、複数のアプリケーションで共通して利用できます。技術的に重要な点として、ライブラリは単にプログラマーの作業負荷を軽減するだけでなく、コードの量を減らすことで一般的に使用するメモリの量を削減し、ハードウェアの効率を向上させることにつながることが挙げられます。既存のライブラリを使用せずにアルゴリズムを実装する場合は、再利用性を高めるように注意する必要があります。なお、OSが提供するライブラリは、OSに依存するため、異なるOSでは通常使用できません。例えば、Windowsの提供するライブラリは、GNU/LinuxやmacOSなどでは通常使用できません。Windowsのアプリケーションでは、拡張子が「.dll」のファイルを見ることがありますが、これは「ダイナミック・リンク・ライブラリ」（Dynamic Link Library）の略称であり、Windowsアプリケーションでライブラリのような機能を提供するためのファイル形式です。 GNU/Linuxでは、拡張子が「.so」のファイルがライブラリ的な機能を提供します。OSの機能を呼び出すために使用されるライブラリは、「API」（エーピーアイ、application programming interface）と呼ばれます。ランタイム一般的に、オペレーティングシステムは、アプリケーションが必要とするランタイム環境を提供します。これには、アプリケーションの実行に必要なライブラリやAPIが含まれています。ランタイム環境は、プログラムが実行されるプラットフォームに依存します。たとえば、Javaプログラムは、Java仮想マシン（JVM）上で実行されます。JVMは、Javaプログラムが必要とするランタイム環境を提供します。同様に、Node.jsはJavaScriptのランタイム環境であり、.NET Core はC＃、VB.NET、F＃のランタイム環境です。ランタイム環境は、アプリケーションの実行に必要な要素であり、オペレーティングシステムと開発者の両方がそれらを提供する必要があります。オペレーティングシステムは、プログラムが実行されるハードウェアプラットフォームに依存するため、ランタイム環境の提供が重要です。ランタイム環境が提供されることで、アプリケーションの実行が可能になります。 OSの提供する、さまざまな機能 OSは、ソフトウェアやハードウェアを制御し、他のアプリケーションやユーザーに対してリソースを提供するためのシステムです。OSの機能は、OS内部で複数のサブシステムによって実現されています。プロセス管理プロセス管理システムは、複数のプロセスを同時に実行し、制御します。プロセスは、実行されるプログラムの実行インスタンスであり、カーネルが管理するリソースにアクセスできます。プロセス管理システムは、CPUの割り当て、プロセスの優先度、およびプロセスの終了を制御します。プロセスグループとセッションプロセスグループとセッションは、オペレーティングシステムの中で、プロセスをまとめて管理するための概念です。プロセスグループは、同じコンソールまたは端末から作成された一連のプロセスの集まりです。プロセスグループは、各プロセスがグループ内で一意の識別子を持ち、グループ内のプロセスにシグナルを送信することができます。これは、ターミナルのセッション制御に役立ちます。たとえば、Ctrl-C、Ctrl-Zなどのキーバインディングは、プロセスグループに割り当てられています。セッションは、複数のプロセスグループから構成されます。セッションは、ユーザーがログインしてからログアウトするまでの間に存在します。セッションの目的は、ユーザーがシステムと対話する量を一元化することです。同じセッションに属するプロセスは、共通の制御端末を共有します。たとえば、UNIXシステムでは、1つのセッションに複数のプロセスグループが含まれ、各グループはシェルプロセス（ユーザーがログインしているシェル）を含むことがよくあります。シグナルシグナルは、オペレーティングシステムによってプロセスに送信される中断を表す信号です。プロセスは、処理中に外部から送信されるシグナルを受信することができます。シグナルは、プロセスに異常が発生した場合、またはプロセスが中断される必要がある場合に使用されます。たとえば、SIGKILLは、プロセスを即座に終了する信号です。また、SIGHUPは、ネットワーク接続が切断された場合に使用され、プロセスが再起動する必要がある場合に送信されます。オペレーティングシステムは、プロセスに対してシグナルを送信し、プロセスはシグナルに応じて必要なアクションを実行します。たとえば、SIGTERMは、プロセスに終了を要求する通常の終了シグナルです。このシグナルを受信したプロセスは、正常に終了するための必要な手順を実行して終了します。シグナルを送信することで、プロセスの管理と制御が可能になります。たとえば、プロセスが無限ループに陥っている場合、SIGINTを送信してプロセスを中断することができます。また、デバッグ中には、SIGUSR1 / SIGUSR2を使用して、プロセスを中断して詳細な情報を収集することができます。 - まとめシグナルは、オペレーティングシステムがプロセスに送信する中断や終了の信号であり、プロセスに対する管理や制御に役立ちます。それぞれのシグナルには、異なる目的・使用方法があり、開発者やシステム管理者が正確に理解しておく必要があります。メモリ管理メモリ管理システムは、物理メモリと仮想メモリを管理します。物理メモリとは、計算機のシステムメモリのことであり、仮想メモリとは、プロセスが使用するために必要なメモリ量を超えて利用可能なメモリ容量のことです。メモリ管理システムは、仮想メモリ空間を割り当て、ページングを行い、ページングフォールトをハンドリングするなど、メモリリソースの最適化を行います。仮想記憶仮想記憶とは、コンピュータが物理メモリとストレージデバイスを組み合わせて、プログラムが必要なデータを処理するために必要なメモリスペースを提供する技術のことです。物理メモリはコンピュータに搭載されたメモリであり、プログラムの実行に必要なデータが格納されます。しかし、物理メモリは限られた容量しか持たず、必要なデータがメモリに収まらない場合、プログラムの実行が遅くなったり、エラーが発生することがあります。そこで、仮想記憶技術が登場しました。仮想記憶では、プログラムがアクセスするメモリスペースを物理メモリとストレージデバイスの組み合わせで仮想的に拡張し、必要なデータが物理メモリに収まらない場合でも、ストレージデバイスに退避させることが可能となります。仮想記憶は、物理メモリとストレージデバイスの間でデータの転送を行うため、プログラムの実行速度が低下する可能性があります。また、ストレージデバイスのアクセス速度が物理メモリよりも遅いため、ストレージデバイスを利用したメモリアクセスが頻繁に起きる場合、プログラムの実行に影響を与えることがあります。しかし、仮想記憶の利点として、物理メモリの容量を超えた大容量のメモリ空間を提供できることや、複数のプログラムが同時に実行される場合に、物理メモリの利用効率が向上することが挙げられます。仮想記憶は、主にオペレーティングシステムで実装されます。オペレーティングシステムは、物理メモリとストレージデバイスを効率的に管理することで、プログラムの実行を円滑に行うことができます。仮想記憶の方式による分類仮想メモリにはいくつかの方式が存在します。 - ページング方式：ページング方式は、仮想記憶空間をページと呼ばれる固定長のブロックに分割し、物理的なメモリにも同様に分割したページフレームと呼ばれるブロックに割り当てる方式です。ページは物理メモリ上に不連続に割り当てられることがあり、必要なページだけを物理メモリに読み込むことができるため、効率的にメモリを管理することができます。 - セグメンテーション方式：セグメンテーション方式は、仮想記憶空間を論理的な部分に分割し、各セグメントを物理的なメモリに割り当てる方式です。セグメンテーション方式は、プログラムが大きなデータや関数を含む場合に有効です。ただし、物理的に連続していないセグメントを割り当てる場合には、ページング方式との組み合わせが必要です。 - セグメントとページングの組み合わせ方式：セグメントとページングの組み合わせ方式は、セグメンテーション方式とページング方式を組み合わせたものです。大きなセグメントを小さなページに分割して、物理メモリに割り当てることができるため、セグメンテーション方式だけでは問題がある場合に有効です。デマンドページデマンドページとは、仮想記憶の一形態であり、現在使用されていない物理的なメモリ領域に対応する仮想メモリページが必要になった場合に初めて物理メモリに割り当てられるという仕組みです。デマンドページが導入される前は、プログラムを実行するために必要なすべてのメモリが物理メモリに常にロードされている必要がありました。これにより、物理メモリの容量が限られている場合には、大きなプログラムや多数のプログラムを同時に実行することが困難でした。デマンドページが導入されたことにより、物理メモリの容量を超えたプログラムの実行が可能になりました。具体的には、プログラムを実行するために必要なページが物理メモリにロードされ、使用されなくなったページは物理メモリから解放されるようになりました。これにより、物理メモリの容量が限られている場合にも、必要なページだけを物理メモリにロードすることができるようになったのです。一方で、デマンドページによる仮想メモリの実現には、ページング機能を利用する必要があります。ページング機能は、メモリをページと呼ばれる一定の大きさに分割し、各ページ単位で仮想メモリと物理メモリの対応を取ることで、デマンドページを実現します。デマンドページでは、プロセスが必要とするページが物理メモリに存在しない場合に、そのページを置き換えるページを選択する必要があります。この置き換えアルゴリズムとして、一般的にはLRU（Least Recently Used）アルゴリズムやLFU（Least Frequently Used）アルゴリズムなどが採用されます。ページテーブルページテーブルとは、仮想記憶システムにおいて使用される、仮想アドレスと物理アドレスの対応を保持する表のことです。仮想記憶システムでは、各プログラムが使用するメモリ領域が物理メモリよりも大きくなる場合があります。そのため、物理メモリの一部を利用して、プログラムが使用するメモリ領域を分割し、必要に応じて物理メモリと仮想メモリを交換することができます。この操作は「ページング」と呼ばれます。ページングを行うためには、物理メモリのどの部分が仮想メモリのどの部分に対応しているかを管理する必要があります。この役割を担うのが「ページテーブル」です。ページテーブルは、仮想アドレスをインデックスとして、物理アドレスのページ番号やフレーム番号を格納します。プログラムがメモリを参照する際には、仮想アドレスをページ番号に変換し、ページテーブルから対応するフレーム番号を取得します。その後、物理アドレスを求めるために、フレーム番号を使用します。 TLB TLBはTranslation Lookaside Bufferの略称で、仮想記憶の実装において重要な役割を担っています。仮想記憶とは、物理メモリよりも大きな記憶空間をプログラムに提供する仕組みであり、マシン語プログラムが必要とするメモリ領域を、物理メモリの一部に置くことで実現されます。この仕組みの中で、TLBは物理アドレスと仮想アドレスの変換を高速化するキャッシュのような役割を持ちます。具体的には、プロセスが必要とするページの仮想アドレスをTLBに問い合わせることで、物理アドレスを得ることができます。これによってプロセスが物理アドレスを直接指定する必要がなくなり、仮想アドレスのまま操作できるため、プロセス間のメモリ保護や、複数のプロセスが同一の物理メモリを共有するメモリ共有機能を実現することができます。 TLBは非常に高速であり、メモリアクセスの性能を向上させることができますが、TLBのサイズによって変換エントリを保持できる仮想アドレスの数に限りがあるため、大きなプログラムを実行する場合にはTLBのヒット率が低下し、遅延を引き起こすことがあります。また、動的なページングによって物理アドレスが頻繁に変化する場合にも、TLBの内容を頻繁に更新する必要があるため、性能低下を引き起こすことがあります。 TLBは現代のプロセッサにおいて必須の機能であり、仮想記憶技術の高度化に伴って、高速化や容量増加などの改善が進められています。スラッシング仮想記憶技術により、物理的には不足しているメモリを使用しているように見せかけることができますが、それが過剰になると、懸念事項が発生します。この問題は「スラッシング」と呼ばれ、プログラムのパフォーマンスに悪影響を及ぼします。スラッシングは、一般に次のような状況で発生します。プロセスが必要なメモリを使用できなくなると、オペレーティングシステムはメモリを開放するためにそのプロセスを切り替えます。しかし、その時点で、オペレーティングシステムは、そのプロセスがすでに使用したメモリをクリアする必要がありますが、これが重要なタスクとなります。オペレーティングシステムは、何らかの方法で、使用しているメモリ領域を特定し、必要に応じてディスク、またはその他の手段を使用して、その領域をクリアする必要があります。これには時間がかかり、プロセスのパフォーマンスに悪影響を及ぼす可能性があります。したがって、スラッシングを減らすためには、適切に設定された仮想記憶システムが必要です。 I/O システム I/Oシステムは、あらゆるコンピュータシステムにおいて実行される入出力操作を管理する重要なサブシステムです。I/Oシステムは、ハードウェアとソフトウェアの両方を含んでおり、ユーザーがコンピュータに入力したものや、コンピュータからの出力を制御するために使用されます。 I/Oシステムは、デバイスドライバ、ファイルシステム、ユーティリティプログラムなど多数のコンポーネントで構成されています。デバイスドライバは、特定のハードウェアデバイスを制御し、デバイスからのデータやコンピュータへのデータを処理します。ファイルシステムは、コンピュータ上のデータを管理するためのシステムであり、ファイルへのアクセスやファイルの作成、削除、編集を可能にします。ユーティリティプログラムは、I/Oシステムの管理や設定を行うために使用されます。 I/Oシステムは、プログラムやデータの読み書き、ユーザーからの入力、ネットワーク通信など、様々な入出力処理を実行するために必要なプロトコル、プログラム、インターフェースを提供します。I/Oシステムは、コンピュータの性能や安定性、セキュリティに直接影響するため、重要なシステムとして常に進化し続けています。一般的に、I/Oシステムは、カーネルと呼ばれるコンピュータの中核的な部分に直接組み込まれています。カーネルは、コンピュータのハードウェア資源にアクセスし、プロセスやスレッドを管理することができます。I/Oシステムは、カーネル内で動作するため、ユーザーが意識することなく、内部的に動作します。現代のオペレーティングシステムでは、I/Oシステムの重要性はますます高まっています。データ処理、ネットワーク通信、マルチメディア、セキュリティなど、様々な領域での革新的なアプリケーションが普及しているため、I/Oシステムはますます複雑になり、高度な機能を備えるようになっています。ファイルシステムファイルシステムとは、コンピュータ上のファイルを管理するための仕組みであり、主にオペレーティングシステムによって提供されています。ファイルシステムは、ファイルの格納方法やアクセス方法、共有方法などを定義することで、データの整理や保護、バックアップなどの目的を達成しています。ファイルシステムは、大きく分けて4つの種類に分類できます。最初に登場したのは、シーケンシャルアクセス方式のファイルシステムであり、テープドライブやフロッピーディスクなどの外部媒体に使用されました。次に、ランダムアクセス方式に対応するファイルシステムが登場し、磁気ディスクなどの内部媒体に使用されました。その後、分散ファイルシステムやネットワークファイルシステムなどが登場し、複数のコンピュータの間でデータを共有するために使用されています。一般的に、ファイルシステムは、データの格納方法に基づいて分類されます。例えば、FATやNTFSなどのWindowsファイルシステムは、ドライブ単位に独立したツリー構造を採用したツリーファイルシステムに分類されます。ファイルやフォルダを階層的に管理する方式です。一方で、UNIXやLinuxなどのファイルシステムは、単一のルートディレクトリ以下に配置したディレクトリ階層構造を採用したハイアラーキカルフレームファイルシステムに分類されます。また、ZFSやBtrfsなどの新しいファイルシステムは、複数のハードディスクを統合管理するストレージプールを採用しています。ファイルシステムの主な役割は、ディスク上のファイルやフォルダの管理と保護です。ファイルシステムは、データのアクセス許可、圧縮、暗号化、バックアップ、リカバリーなどの機能を提供することができます。また、ファイルシステムは、コンピュータのアプリケーションやユーザーにとって、ディスク上のファイルを効率的に管理することができます。ファイルシステムまたはファイルシステムの機能は、データの永続性に不可欠であり、プロセスやアプリケーションにとって重要な機能であることがわかります。ファイルシステムの進化は、コンピュータの性能やスケーラビリティ、ファイルの大きさや量、分散システムなどの変化に追随しており、今後もファイルシステムの進化が期待されます。ローカルファイルシステムローカルファイルシステムは、オペレーティングシステムにおいて、ローカルストレージにアクセスするための仕組みです。ローカルファイルシステムは、ファイルやディレクトリといったデータを保存するための機能を提供します。具体的には、ファイルやディレクトリを作成、編集、削除することができます。一般的なオペレーティングシステムでは、ローカルファイルシステムは階層的なファイルシステムを採用しています。これは、ディレクトリとファイルが木構造的に配置されたファイルシステムのことです。一般的なファイルシステムには、FAT、NTFS、HFS+などがあります。ローカルファイルシステムは、オペレーティングシステムがブートするために必要な重要なファイルも保存します。これらのファイルは、オペレーティングシステムに必要な情報を保持しており、システムが正常に動作するために不可欠なものです。ローカルファイルシステムには、いくつかの利点があります。例えば、ローカルファイルシステムを使用することで、オフラインの環境でもファイルにアクセスすることができます。また、ネットワークに接続することができない場合でも、ローカルストレージ内のデータにアクセスすることができます。一方で、ローカルファイルシステムにはいくつかの課題もあります。例えば、ローカルファイルシステムは一般的に、ストレージ容量に制限があるため、大容量のデータを保存することができません。また、システムに障害が発生した場合に、重要なデータが失われる可能性があるため、バックアップを適切に行う必要があります。ネットワークファイルシステムネットワークファイルシステムとは、複数のコンピューターをネットワークに接続し、それらのコンピューター上で保存されているファイルをまるで自分のコンピューター上にあるかのごとく利用できる仕組みです。これにより、ネットワーク上にある他のコンピューターに保存されているファイルにアクセスし、操作することができます。ネットワークファイルシステムは、オペレーティングシステムによって提供される機能の一つです。多くのオペレーティングシステムが、ネットワークファイルシステムをサポートしており、さまざまなプロトコルを使用してデータの転送を行います。代表的なプロトコルには、NFS(Network File System)やSMB(Server Message Block)、AFP(Apple Filing Protocol)などがあります。ネットワークファイルシステムを利用することで、複数のユーザーが同時に同じファイルにアクセスし、編集することができます。また、バックアップやセキュリティ上の理由で別の場所にデータを保存したい場合にも有用です。そのため、クラウドストレージサービスや、企業内でのデータ共有などに広く利用されています。ただし、ネットワークファイルシステムを利用する場合、通信速度が遅い場合やネットワーク障害が発生した場合には、ファイルの読み書きに時間がかかることがあります。また、ネットワークファイルシステムにアクセスするには、専用の設定が必要な場合があるため、使用する際には十分な知識が必要です。端末管理端末管理は、ハードウェアターミナルポートを制御する端末装置ドライバで構成され、標準のシステム入出力操作をサポートしています。端末入力はボーレートなどの通信特性に従い、パリティチェックなどのソフトウェア制御可能なパラメータに従って処理されます。また、行ディシプリン（キャラクタ処理技術）があり、標準の行指向編集機能を提供するCanonicalモードや、非キャノニカルモード（RAWモードまたはキャラクタ単位モード）などがあります。後者は、特殊文字処理を無効にし、入力や編集処理を行わず、全ての文字を読み取ることができます。また、特殊文字を使用してシグナル生成や出力フロー制御を有効にすることで、ユーザーからの中断シグナルを非同期に受信することもできます。出力に関しては、改行文字をCR-LFシーケンスに変換したり、制御文字の後に遅延を挿入するなどのフォーマット処理を提供します。これらのフォーマット処理は、プロセスによる個別の制御要求によって無効化することができます。プロセス間通信プロセス間通信とは、同じコンピュータ上で動作する複数のプロセス間でデータを共有する仕組みです。プロセス間通信の目的は、データの共有、同期、および処理能力を最大化することです。プロセス間通信にはいくつかの種類があります。 - パイプ（Pipe）：2つのプロセスの間で双方向通信を提供する一方通行のデータストリームです。 - プロセス間共有メモリ（Shared Memory）：複数のプロセスが共有するメモリ領域です。 - BSDソケット（BSD Socket）：異なるコンピュータ間で通信するために使用されます。 - メッセージパッシング（Message Passing）：２つのプロセス間でデータを交換するためのメッセージを使用します。これらの種類の中で、パイプと共有メモリは同じコンピュータ上での通信に使用されます。BSD ソケットは、異なるコンピュータの間での通信に使用されます。また、カーネル内部ではBSDソケットを使ってパイプやメッセージを実装する場合もあります。プロセス間通信は、マルチプロセスシステムで必要です。特定のプロセスが特定のリソースを使用しているときに、他のプロセスが同じリソースにアクセスしようとすると、リソースの競合が生じます。プロセス間通信を使用することで、プロセスはリソースの競合を避け、安全に共有できます。ネットワーク通信ネットワーク通信は、異なるノード間でデータをやりとりすることです。現代のオペレーティングシステムでは、ネットワーク通信のためにTCP/IPプロトコルが使用されます。BSD由来のTCP/IPは、オープンソースのTCP/IPスタックの一つであり、UNIXオペレーティングシステムに最初に実装されました。 BSD由来のTCP/IPは、汎用性が高く、さまざまなオペレーティングシステムで利用可能です。また、BSD由来のTCP/IPは、インターネットの成長に貢献し、現在でも広く利用されています。TCP/IPプロトコルは、データを分割して送信し、受信側で再構成することで、信頼性の高い通信を実現します。機能や性能の向上に加えて、BSD由来のTCP/IPは、オープンソースであるため、コミュニティによる改良やセキュリティの強化が可能です。BSD由来のTCP/IPは、現在でも幅広い範囲で使用されており、オープンソースソフトウェアの成功例の一つとなっています。システム運用オペレーティングシステムのブートストラッププロセスには、システム構成を自動的に取得・初期化する重要なステップが含まれています。最初のステップは、ブートストラップローダーがメディアからロードされることです。ローダーは、BIOS（基本入出力システム）またはUEFI（統一拡張ファームウェアインターフェース）などのファームウェアを介してハードウェアの初期化を実行し、その後メディアからOSカーネルをロードします。次に、OSカーネルは、システム構成を取得するために必要なデバイスドライバーを初期化します。これには、メモリ管理、プロセススケジューリング、ファイルシステムなどの特定のシステムサービスが含まれます。また、OSカーネルは、システム構成を自動的に検出し、必要な設定を行うスクリプトを実行することができます。これには、ファイルシステムのマウント、ネットワークの設定、サービスの起動などが含まれます。最終的に、OSカーネルは、初期化が完了したことを示すプロンプトを表示して、ユーザーがログインする準備ができていることを示します。このように、オペレーティングシステムのブートストラッププロセスには、システム構成を自動的に取得・初期化する重要なステップが含まれています。これにより、ユーザーはシステムのセットアップに時間を費やす必要がなく、すぐに作業を開始できます。アカウンティングアカウンティングの視点から、オペレーティングシステム(Operating System)はどのような役割を果たしているのでしょうか。オペレーティングシステムは、コンピュータシステムの基盤を提供し、アプリケーションプログラムの実行に必要なリソースを管理する重要な役割を果たしています。具体的には、オペレーティングシステムはアカウンティングの観点から以下のような機能を持っています。 - リソースの割り当てと管理 - オペレーティングシステムは、コンピュータリソースをアプリケーションプログラムに適切に割り当て、リソースの利用量を監視することで、アカウンティングの観点からシステムリソースの使用状況を把握することができます。 - プロセスの監視と制御 - オペレーティングシステムは、プロセスの起動や終了、プロセスのスケジュール、CPUの利用状況を監視し、リソースの利用状況を報告することで、アカウンティングの観点からプログラムの実行状況を把握することができます。 - メモリの管理 - オペレーティングシステムは、メモリ空間の割り当て・解放を行い、アプリケーションプログラムが必要とするメモリ容量を管理することができます。これにより、アカウンティングの観点からメモリ使用状況を監視し、必要に応じてその修正などを行うことができます。以上のように、オペレーティングシステムはコンピュータシステムの基盤を提供し、アプリケーションプログラムの実行に必要なリソースを管理することで、アカウンティングの観点からリソースの使用状況を把握することができます。用語集 - オペレーティングシステム（Operating System）：コンピュータ上で動作するプログラムで、他のプログラムが実行されるための基盤となるソフトウェア。 - プロセス（Process）：コンピュータ上で動作するプログラムの一つの実体で、実行に必要なリソースを割り当てられた状態を指す。 - スレッド（Thread）：プロセス内で実行される、一つの実行単位を指す。 - メモリ（Memory）：コンピュータ上でプログラムが使用する、一時的なデータの保持領域。 - ファイル（File）：コンピュータ上でデータを保存するための単位で、ファイルシステム上で管理される。 - ディレクトリ（Directory）：ファイルシステム上で、複数のファイルやディレクトリを含む、階層的なデータの組織化単位。 - プロセス間通信（Inter-Process Communication, IPC）：複数のプロセス間でデータをやりとりするための手段。 - デバイスドライバ（Device Driver）：ハードウェアなどの外部機器を制御するためのソフトウェア。 - ブートストラップ（Bootstrap）：コンピュータの起動時に、オペレーティングシステムを読み込むための最初の手順。 - システムコール（System Call）：オペレーティングシステムが提供するプログラムへのインタフェースで、プログラムからオペレーティングシステムの機能を利用する際に用いられる。まとめオペレーティングシステム（Operating System, OS）とは、コンピューターのハードウェアを制御し、アプリケーションソフトウェアとユーザーの間で仲介するソフトウェアのことです。主な機能として、以下が挙げられます。 - ハードウェアの制御：コンピューターのハードウェア（CPU、メモリ、入出力装置、ストレージ、ネットワークなど）を制御するための機能があります。 - アプリケーションの管理：アプリケーションソフトウェアを実行するための環境を提供します。 - リソースの管理：ハードウェアリソース（CPU時間、メモリ容量、ストレージ容量など）を効率的に利用するための機能があります。 - ユーザーとのインタラクション：ユーザーとの対話やデータの入出力を管理するための機能があります。 - セキュリティの管理：システムのセキュリティを確保するための機能があります。代表的なオペレーティングシステムとしては、Windows、macOS、BSD Unix、GNU/Linuxがあります。それぞれ特有の機能や利用環境があるため、用途に応じて選択する必要があります。
null	null	高等学校工業/ソフトウェア技術/パーティション - BIOSやマスターブートレコードについては単元『高等学校工業/ソフトウェア技術/OS起動の仕組み』で説明してある。参考: マルチブート - （※ 範囲外。間違ってるかもしれないので、自己責任で）さて、あるコンピューターに、生産業者のちがう2種類以上のOSがインストールされているとして（たとえば windows と linux が1体のパソコンにインストールされてるとしよう）、起動時には、これから利用者（あなた）の使用するOSを選択できるようになってるとしよう。（たとえば、windowsを使用したいか、それともlinuxを使用したいか、起動時に選択できるとしよう。）このように、複数のOSを起動選択できる仕組みのことを「マルチブート」という。（※ マルチブートについては検定教科書の範囲外。しかし本wikibooksでは、説明の都合上、マルチブートに言及する。）さて、もし、このような起動時のOS選択画面で、windowsをこれから使用すると選択ボタンを押したら、windows起動用のブートローダが作動するわけである。いっぽう起動時のOS選択画面でlinuxをこれから使用すると選択ボタンを押したら、linux起動用のブートローダが作動するわけである。では、そもそも、この、おおもとの、OS選択画面を起動するプログラムは、なんなのだろうか？実は、これはブートローダのプログラムの一部である。たとえば1体のパソコンに linux と windows の入ってるパソコンを起動すると、まずMBRの起動と読み込みが行われ、それからMBRの指示にしたがって、まず linux か windows のどちらかのブートローダが起動されるようになっている。（MBRでは、OS選択できない。MBRの領域が小さすぎて、OS選択するだけの機能が実現困難。）マルチブートの場合でも、パソコン1体にOSを1つしかインストールしない場合と同様に、マスターブートレコードはハードディスクの記憶領域の先端に1個だけである。そして、まずlinux由来のOS選択画面が起動するという設定の場合、windowsを使いたい場合は、linux由来のOS選択画面から、windowsのブートローダを起動するためのプログラムを実行できるようになっており、windowsにPC管理を引き渡した後、linuxが終了し、利用者はwindowsを使用できる、・・・というような仕組みになっている。（なお、linux由来のOS選択画面が起動するという設定の場合で、そのままlinuxを使いたい場合は、そのまま画面指示などに従って linux を起動すればいい。） - （※ 範囲外:）なお、説明のためマルチブートに言及したが、しかし実務では、特別な事情がないかぎり、パソコン1体にはOSは1つだけインストールするのが、安全である。（つまり、マルチブート設定にしないほうが安全である。）もし、2つめ以降のOSのインストール作業などに失敗すると、そのハードディスクに今まで保存したデータを丸ごと消失してしまう可能性もあるため、あまりOSは追加しないほうが安全である。 - （※ 範囲外:）新規購入したwindowsをインストールするときのように、新規購入したOSをインストールするときは、そのOSインストールプログラムは、ハードディスクのマスターブートレコードの内容を、新規OSの起動用へと書き換えているのが一般的である。このため、おのパソコンで以前から用いてたOSがある場合、その以前のOSのブートレコードが書き換えられるので、以前のOSが起動しなくなる場合もある。マルチブートでは、こういうトラブル（「以前のOSが起動しない！」）が起きうるため、あまりマルチブートは、しないのが安全である。パーティションパソコンの内蔵ハードディスクが実際には1個だけでも、記憶領域を複数個に分割することで、そのハードディスクがあたかも複数個、存在するように操作できる。ノートパソコンを購入したさい、「Cドライブ」「Dドライブ」などのように、データ保存用のドライブが2つ用意されていたりするが、これは、たいていのパソコンの場合、1つのハードディスクの記憶領域を別々に分けているからである。（別にハードディスクが2個内蔵されているのではない。）（※ もっとも、ノートパソコンではなく大型のパソコンだと、ハードディスクを実際に複数個、使用する場合もある。）パソコンメーカーなどの説明書などによると、利用者への推奨事項として、使用目的別に、CドライブとDドライブを使い分けるように推奨されていたりする。（たとえば、Cドライブはインストールするプログラムを入れるために使用。Dドライブは、画像やテキストファイルなど、インストールしないデータを保存するために使用。・・・などが推奨されていたりする。）このノートパソコンでの1つのハードディスクの記憶領域の分割のように、1つの記憶装置の記憶領域が、複数個の記憶領域に分割されたものをパーティション（partition）という。なおパソコン業界では便宜上、記憶領域を分割しない場合も含めて、「パーティション」という。 - （※範囲外:）実務的には、前の節で「ブートローダ」について言及したが、linuxでは、ブートローダは独立した1個のパーティションとして扱われる場合が多い。もっとも、windowsでは、ブートローダのパーティション設定について考慮する機会はないだろう。ともかく、このため、1つのOSをインストールするさい、ブートローダ用のパーティションの作成と、くわえて、OSをインストールしたりデータを保管するためのパーティションが必要であるので、少なくとも2個のパーティションが作成されるのが普通である。 - （※範囲外:）普通の起動用ハードディスク1個では、パーティションは、4つまでしか用意できない。なぜこうなっているかというと、昔の人が、そう決めてしまったから・・・らしい。ハードディスクの先端512バイトのブートセクタの領域には、パーティションの数は最大4つまでしか起動プログラムを記述できないような仕様になっている。さて、先ほど、1つのOSのインストールにつきパーティションは2個作成されるのが普通、・・・と言った事と合わせて考えよう。つまり、1つのハードディスクには、普通、OSを2個までしかインストールできない。（2［パーティション/OS個数］×2［OS個数］＝4 により、パーティション上限の4個になってしまうから。） - （※範囲外:）原則として、ハードディスク1個では、パーティションは、4つまでしか用意できない。ただし、つのパーティションの中に別の複数個のパーティションを入れるなどのように、パーティションを入れ子構造にして、さらに多くのパーティションを用意する事ができる。このような仕組みを「拡張パーティション」（extended partition）といったり、あるいは「論理パーティション」という。いっぽう、入れ子構造でない、通常の、むき出しのパーティションのことを、一般に「基本パーティション」（primary partiton）という。つまり、ハードディスク1体につき、基本パーティションは4個まで、である。 OSのパーティション管理画面において、あるパーティションについて「プライマリ」と表示されている場合、そのパーティションはおそらく基本パーティションだろう。さて、拡張パーティションを用いれば、1つのハードディスクに3つ以上のOSを入れる事も可能である。（しかし、他の節で説明するが、「仮想化」などの技術を用いたほうが、実務的には早い。また、そもそも、あまり複数のOSを、1体のパソコンで使用するべきではない。） - （※範囲外:）「Cドライブ」や「Dドライブ」といった表現は主にWindowsでの表現である。Linux（リナックス）など他のOSでは、呼び名が違う場合もある。 - また、「C」からドライブが始まる理由は、もともとWindows以前のMS-DOS時代の後半の古いパソコンでは、フロッピーディスクの入り口の2つあり、それぞれのフロッピーの入り口がAドライブとBドライブだったので、よってハードディスクが（Bの）次の「C」ドライブになる事になった。
null	null	高等学校工業セラミック工業加筆・訂正を行ってくれる協力者をお待ちしています。この内容は暫定的な物です。指導要領では次のように教育内容を定めてます。章や節のページ名の命名での混乱を回避するため、各項目のページ名は、指導要領の表現に準拠した名称に統一したいと思います。セラミック工業の概要機能性セラミックス - 材料と科学技術 - 機械的機能 - 電気的機能 - 光学的機能陶磁器 - 陶磁器の歴史 - 原料と製造工程 - 陶器と磁器ガラスとほうろう - ガラス工業の歴史 - 原料と製造工程 - ガラス - ほうろう耐火物 - 産業と耐火物 - 原料と製造工程 - 各種の耐火物セメント - 原料と製造工程 - セメントの性質と用途
null	null	高等学校工業/ソフトウェア技術 < 高等学校工業（高等学校工業ソフトウェア技術から転送）加筆・訂正を行ってくれる協力者をお待ちしています。この内容は暫定的な物です。目次オペレーティングシステム - 高等学校工業/ソフトウェア技術/OS起動の仕組み (2017-06-08) （マスターブートレコード、ブートシグニチャ55 aa （※ 範囲外）、BIOS（なお、BIOSはオペレーティングシステムではない）） - 高等学校工業/ソフトウェア技術/カーネルとユーザーランド (2017-06-08) （カーネル、ユーザランド（※ 範囲外）、デバイスドライバ、ライブラリ、シェル（※ 範囲外）） - 高等学校情報/情報の科学/ファイルシステム (2017-06-13) - 高等学校工業/ソフトウェア技術/パーティション (2017-06-08) （基本パーティションと拡張パーティション、） - 高等学校工業/ソフトウェア技術/オペレーティングシステムの目的 (2017-06-08) （よく使う機能の提供、ハードウェアの差異の吸収） - オペレーティングシステムの操作セキュリティ技術 - 暗号化とアクセス管理 - ネットワークセキュリティとリスク管理 - 情報に関する法規ソフトウェア - ソフトウェアの体系 - ソフトウェアパッケージ - ソフトウェアの管理システム ※ 編集者へ: 次のことについて説明してやってください工業高校『ソフトウェア』の検定教科書を読んでたら、次のことについて書いてありました。 - OS関係 - 「仮想化」 - 「カーネル」と「デバイスドライバ」 - 「API」 - 「タスク管理」と「割り込み制御」 - 「フラグメンテーション」の用語で、どうやらメモリ断片化を説明してる。 - 「スワップアウト」とか「スワップイン」とかの用語をもちいて、どうやらスワップメモリのことを説明してる。 - 「システムファイル」と「ユーザファイル」 - ファイル関係 - バイナリファイル - ファイルシステムの概念（ただしNTFSなどの具体例は無し） - ルートディレクトリ - パス - 絶対パスと相対パス - インストール関係（windowsのインストール） - 「MBR」（マスター・ブート・レコード）と「ブートローダ」 - 「パーティション」 - 「BIOS」 - 「使用許諾契約」および、windowdsっぽい使用許諾契約画面の見本 - windowsのプロダクトキーの入力 - ネットワーク - 「サブネットマスク」などの用語 - 「ポート番号」 - DHCPサーバ - 障害管理など - windowsのタスク管理画面 - windowsのディスクチェック画面 - バックアップ - システム回復オプション - セキュリティ関係 - 指紋認証とか静脈認証とか交際認証とか顔認証とかの大まかな仕組み。イラストつきで説明。 - 静脈認証の説明では、血液が近赤外線を吸収するハナシもしてる。 - 「ハッシュ関数」とか「デジタル証明書」とか「SSL」とか - アイコン偽装の手口 - アプリケーション - 「CSVファイル」と表計算ソフトとの関係 - 「ベジエ曲線」とドロー系ソフト - CADとか3DCGとかの画像 - 「マクロ」。（エクセル？説明画像の拡張子がxls） - ERPパッケージ - その他 - 「FTP」。（HTTPについては普通科でも教えてる）
null	null	高等学校工業ハードウェア技術加筆・訂正を行ってくれる協力者をお待ちしています。この内容は暫定的な物です。 - ※ 情報教科（普通科高校の教科）の単元『高等学校情報情報の科学/CPUの処理の仕組み』、レジスタやフリップフロップなどの、普通科高校の範囲外の話題も、記述しました。 - ※ 情報教科の単元『高等学校情報情報の科学/ANDとOR』で、普通科高校の範囲外の、ダイオードやトランジスタを用いた論理回路の構成例も、記述しました。ハードウェアの基礎 - 電子回路と素子 - 論理回路と各種レジスタ - コンピュータによる論理回路設計 - ※ 『高等学校情報情報の科学/ANDとOR』で、上記の3単元を説明済み。ハードウェアの構成 - コンピュータの機能 - 中央処理装置と主記憶装置 - ※ 『高等学校情報情報の科学/CPUの処理の仕組み』で、上記の単元を説明済み。 - 周辺装置とインタフェース - コンピュータの構成制御技術 - 命令とプログラム - 『高等学校情報情報の科学/CPUの処理の仕組み』で説明済み。 - 制御プログラムと入出力 - 割込み制御マイクロコンピュータの組込み技術 - マイクロプロセッサ - 周辺装置 - 組込みシステムの構成
null	null	高等学校工業プログラミング技術加筆・訂正を行ってくれる協力者をお待ちしています。この内容は暫定的な物です。指導要領では次のように教育内容を定めてます。目次 - プログラミング技法 - 順次型のプログラム - 選択型のプログラム - 繰り返し型のプログラム - プログラムの標準化 - 応用的プログラム - データ構造 - ファイル処理 - 入出力設計 - プログラムの構造化設計 - プログラム開発 - プログラム開発の手順 - プログラム開発環境検定教科書の実際の内容検定教科書では、主にC言語を中心に解説していますが、後半では、ソフトウェア工学的な手法やUNIX的な知識などを解説しています。 wikibooksではC言語の文法について『C言語』にて解説していますので、参照にしてください。 C言語については、ポインタや構造体、配列とファイル処理のあたりまで、工業高校で習います。用語だけだが、構造体のポインタについての「アロー演算子」まで、工業高校で習う。かなり高レベルである。「ファイルポインタ」も工業高校で習う。ソフトウェア工学については、とりあえず、下記のような事を検定教科書では紹介しています。 - 構造化プログラミング - 状態遷移図と状態遷移表 - データフロー図プログラムのテスト方法 - ブラックボックステスト - ビックバンテスト - ボトムアップテスト - 2分探索法 - ファイル処理に関係して、シーケンシャル処理やレコードの概念など - 「ディレクトリ」とか「ルート」とかのUNIX的な用語を習う。 - 「cd ディレクトリ」とか「mkdir ディレクトリ」などのLinuxコマンドを習う。しかし、「linux」の言葉は出ていない。ウィンドウズのコマンドプロンプトで代用するのだろうか？ - 「-rw-r--r--」みたいなファイルの保護モードについて習う。 - ckmodのコマンドも習う。 - テルネットについて習う。 - ftp - ロムライタ - 制御用IC - セラミック振動子 - パルスモータ - 三端子レギュレータ - GUIについて「SetPixel」とかのコマンドを習う。windos用コマンドか？ - 巻末付録でMFC（マイクロソフトの何かのソフト？）の使い方を教えている。
null	null	高等学校工業化学工学加筆・訂正を行ってくれる協力者をお待ちしています。この内容は暫定的な物です。指導要領では次のように教育内容を定めてます。章や節のページ名の命名での混乱を回避するため、各項目のページ名は、指導要領の表現に準拠した名称に統一したいと思います。 - 目次 - 化学工場と化学プラント - 物質とエネルギーの収支 - 単位操作 - 計測と制御 - 化学プラントの安全 - 化学工場の管理と法規加筆・訂正を行ってくれる協力者をお待ちしています。この内容は暫定的な物です。指導要領では次のように教育内容を定めてます。章や節のページ名の命名での混乱を回避するため、各項目のページ名は、指導要領の表現に準拠した名称に統一したいと思います。
null	null	高等学校工業化学工学/化学工場の特徴化学工場とは、原料や中間体を用いて化学反応を行い、最終製品を作り出す製造工場のことです。化学工場の歴史は古く、19世紀に始まった化学産業の発展とともに成長してきました。繊維や染料、薬品といった産業の発展を支えてきたとされています。化学工場の特徴は、危険物を扱うことが多く、運転には高度な技術と安全管理が必要とされます。また、原材料の供給や製品の出荷には大規模なインフラストラクチャーが必要であり、膨大な資金と時間がかかることが特徴と言えます。化学プラントとは、石油化学プラントやエネルギー化学プラントなど、化学工学技術を用いて原料から最終製品を製造するプラントのことです。一方、化学工場は、より一般的な工場を指し、化学反応を行って製品を作り出すことが主な目的となります。また、化学プラントは、化学工場の一部として稼働する場合があります。化学工場は、製造業の一部門として産業界において位置しています。繊維や医薬品、化粧品、食品など、人々の生活に必要な多様な製品を生産しています。また、新しい材料や製品の開発、クリーンエネルギーの研究といった分野でも活躍しています。
null	null	化学工業においては、物理量の単位系については、原則的に国際単位系（SI単位）が使われます。かつては、国や業界ごとに異なる単位が存在し、換算の手間がかかるなど不便な面がありました。そこで単位を統一する必要性が生じました。現在は、可能な限りSI単位系を採用する傾向があります。日本では、1951年に制定された計量法（旧計量法）によって、1959年に尺貫法は廃止となり、1966年には国際単位系に統一されました。 SI基本単位国際単位系では7つの基本単位と、それ以外の単位は基本単位を組み合わせた組立単位としている[1]。 SI単位系で基礎とする単位は、長さの単位にはメートル法を基礎として、質量の単位はキログラムを基礎とする。時間の単位は秒を基礎とする。温度はケルビン温度を基礎とする。 7つの基本単位をまとめると、基本単位は時間 (s)、長さ (m)、質量 (kg)、電流 (A)、熱力学温度 (K)、物質量 (mol)、光度 (cd) である。 - SI では、7つの定義定数は次のように定義される。 - - セシウム 133 原子の摂動を受けない基底状態の超微細構造遷移周波数 ∆νCs - 9192631770 Hz - 真空中の光の速さ c - 299792458 m/s - プランク定数 h - 6.62607015×10−34 J s - 電気素量 e - 1.602176634×10−19 C - ボルツマン定数 k - 1.380649×10−23 J/K - アボガドロ定数 NA - 6.02214076×1023 mol-1 - 周波数 540×1012 Hzの単色放射の視感効果度 Kcd - 683 lm/W これらは、定義値であり不確かさを含まない。組立単位 SI組立単位、およびその他のSI組立単位を列挙する。世の中に存在する量は限りなくあり、全てを挙げることは不可能であるので、その一例を挙げる。表2 基本単位を用いて表される一貫性のあるSI組立単位の例表3 固有の名称と記号で表される一貫性のあるSI組立単位いくつかのSI組立単位には、利便性の観点から固有の名称と記号が与えられている。固有の名称を持つSI組立単位は、下記に示す22個である。下方の4つの単位は、健康保護の観点から特別に固有の名称を与えられたものである。表4 単位の中に固有の名称と記号を含む一貫性のあるSI組立単位の例固有の名称を持つSI組立単位は、SI基本単位や他のSI組立単位と組み合わせて他の組立量を表すために用いることができる。 - ^ 2019年の定義改定以前は、SIを定義するために基本単位と組立単位という概念が使われていた。この2つの分類区分は、定義定数に基づく現在のSIにおいて必須でなくなったが、その利便性が高く広く普及していることから、引続き保持される。 - ^ “Table 1: The seven base units of the SI” (英語). A concise summary of the International System of Units, SI. p. 2. 2022年8月4日閲覧。
null	null	高等学校工業化学工学/反応装置化学工場のプラントでは、工程が多いので、まず、その工程を図示しなければいけない。工程と、それにともなう物体の移動を、反応機器どうしのつながりが分かるように図示したプロセスフローダイアグラムとエンジニアリングフローダイアグラムで表します。化学工学のプロセスフローダイアグラムとは、製品の製造プロセスを示した図表のことです。製造過程中における原料の供給、反応槽、分離機、加熱・冷却装置、製品の取り出しや処理など、一連の工程の流れを示しています。プロセスフローダイアグラムは、チームで作成され、現場での操作性、費用対効果、環境負荷などを考慮した図表になるように作られています。プロセスフローダイアグラムには通常、均質な原料混合や反応が行われる反応槽、反応物の精製や分離が行われる分離機、さらには生産物の処理、回収といった各区画が記されています。プロセスフローダイアグラムは、製品の品質向上や生産性の改善、コスト削減に貢献する重要な資料です。また、安全面においても、フローの可視化により作業員の安全確保にも貢献します。化学工学のエンジニアリングフローダイアグラムは、工業用化学プラントにおけるプロセスの流れを示す図です。この図は、様々な装置や機器が織り成すプロセスをより簡単に理解するために作成されます。エンジニアリングフローダイアグラムには、原料の供給から製品の出荷までの全てのステップが描かれています。エンジニアリングフローダイアグラムは、下記のような特徴があります。 - シンプル：エンジニアリングフローダイアグラムは、単純なシンボルを用いることで、複雑なプロセスを簡略化することができます。 - スケーラブル：エンジニアリングフローダイアグラムは、プロセスがより大きく複雑になるにつれて、より詳細なレベルで表現されることができます。 - 標準化：エンジニアリングフローダイアグラムは、国際的に認められたシンボルを使用することで、理解の一貫性と品質を確保します。 - プロセスの改善：エンジニアリングフローダイアグラムは、プロセスの問題点を容易に識別することができるため、品質向上、品質管理、コスト削減など、プロセスの改善に役立ちます。また、このような工程のシートがあると、機械製図などのべつの図面とも、相互に検証できるので、エンジニアリングフローダイアグラムを書くことが望ましいです。基本的に、化学プラントなどの大型の反応装置では、エンジニアリングフローダイアグラムは必ず書かれます。また、たとえ実験室レベルの小型の反応システムでも、反応物質のフローがある場合は、設計者はエンジニアリングフローダイアグラムを作成するべきです。なぜなら、設計者以外には反応システムの想定する工程を正確には知りえないため、設計者は作業者にエンジニアリングフローダイアグラムを伝える必要があるからです。つまり、エンジニアリングフローダイアグラムやプロセスフローダイアグラムは流体を取り扱う機器の設計者が作業者に伝えるべき必要事項です。化学工場だけでなく、化学反応をする流体を取り扱う設備を用いているガス会社や半導体関連企業などでも、エンジニアリングフローダイアグラムは設計などで必要になることが多いです。本科目『化学工学』では、主に化学工場を想定して解説されます。
null	null	高等学校工業原動機/ガソリン機関燃料のガソリンの燃焼方法は、電気火花により火花点火をする方式である。ガソリン機関（gasoline engine）では、クランク機構を用いて、シリンダから回転力を取り出している。エンジンの構造には、4サイクル機関（four cycle gasoline engine）と2サイクル機関（two cycle gasoline engine）との２方式がある。圧縮比は、ガソリン機関では4～10の程度である。ガソリン機関の原理 4ストロークガソリン機関 4ストロークガソリン機関（four cycle gasoline engine）の作動は、吸気・圧縮・膨張・排出の4行程である。クランク軸の2回転で吸気・圧縮・膨張・排出を行う。吸気弁の開閉により、混合ガスの吸気を行う。排気弁の開閉により燃焼ガスの排出を行う。弁の開閉タイミングの制御は、カムまたはコンピュータ制御で行われている。点火タイミングの制御はコンピュータ制御などで行う。 4ストローク機関の行程はつぎの4行程からなる。 - 吸気吸気弁が開く時期は、シリンダ内のピストンが上死点（最も押し込まれた位置）付近の位置から、下死点（もっともピストン内が広くなる位置）までの間の時期に、吸気弁が開く。吸気によって空気と燃料の混合気体を吸い込む。吸い込んだ後に弁は閉じて、圧縮行程に移る。 - 圧縮吸気弁を閉じ、そしてピストンがシリンダ内を圧縮する。（ピストンが下死点から上死点へと向かう。）この行程の間は、吸気弁、排気弁は閉じたままである。 - 膨張圧縮行程の終わりの、ピストンが上死点に達する直前または直後に、電気火花で混合気に点火して燃焼させる。燃焼ガスの膨張により推進力を得る。そのシリンダ内圧の圧力でピストンを押してクランクを回し仕事をする。この行程では、吸気弁、排気弁は閉じている。 - 排出膨張行程の終わりに排気弁を開く。ピストンの回転に伴い、燃焼済みのガスが押し出される。排気行程が終わると共に、排気弁を閉じる。この行程では、吸気弁は閉じている。排出行程のあと、再び吸気・圧縮・膨張（爆発）・排出の行程が、以上と同様に行われる。上死点および下死点での、クランクの回転の持続はフライホイールにより蓄えられた回転エネルギーに頼る。 2ストロークガソリン機関クランク軸の1回転で吸気・圧縮・膨張・排気を行う。シリンダ下部に穴を2個、設け、それぞれ吸気口および排気口としたもの。吸気を行うときには、排気口も開かれており、吸気した気体によって燃焼済みガスの排気も押しのけて追い出す。この吸気で排気を追い出す仕組みを掃気（そうき、scavenging）という。掃気は、2サイクル機関の特徴の一つである。 2ストローク機関では、ピストンが上死点に近づくとピストン自身で吸気口および排気口を閉じる構造になっている。 - 圧縮行程ピストンが下死点にある時に、吸気口が開かれ、混合ガスが入る。そのまま、クランクの回転が進みピストンが上死点へと進むと、吸気口と排気口がピストンによって塞がれる。混合気の点火時期は、ピストンが上死点の近くにいるときに点火され、混合気が燃焼・膨張する。 - 膨張工程混合気の燃焼による内圧の上昇によってピストンが押され、膨張工程となる。ピストンがクランク軸側へ移動したことにより、排気口と続いて吸気口が開いて掃気をして、圧縮行程へと移る。構造 - シリンダシリンダは、シリンダブロックとシリンダヘッドから、なっている。シリンダブロックは、ピストンが煽動する部分の構造部分である。シリンダヘッドは、すきま容積（燃焼室）の構造部分である。シリンダブロックとシリンダヘッドとの間のガス漏れを防ぐため、ガスケットを挟んで、シリンダブロックとシリンダヘッドを取り付ける。 - シリンダブロック耐摩耗性が要求される。シリンダ内面に、シリンダライナという耐摩耗性のある部品（材質は、たとえばクロムめっき）を圧入する場合がある。 - DOHCシリンダーヘッドのカットモデル。吸排気バルブと吸排気ポート、ウォータージャケットやカムシャフトの様子が良く分かる。 - エンジンのSOHCシリンダーヘッド - エンジンのDOHCシリンダーヘッド - ピストンピストンは金属製である。ピストンには、金属製のピストンリングが3本から4本ほど、ピストンに取り付けるための溝がある。上部の2～3本はコンプレッション・リング（圧縮リング、compression ring）である。気密性を保つためのリングである。下部の残りの1～2本のリングはオイルリング（oil ring）である。シリンダ壁との間に油膜を作るとともに、余分な油が燃焼室に入らない様に、かき落とすためのリングである。 - コネクティング・ロッドクランク軸とピストンとをつなぐための部品である。コネクティング・ロッドは金属製である。 - はずみ車（フライホイール）膨張行程でえられた回転力の一部を蓄える部品。回転運動を蓄えて、回転運動を円滑に行う。はずみ車はクランク軸に取り付けられている。 - 弁（バルブ） 4行程機関の吸気と排気は、吸気バルブや排気バルブの開閉を通して行う。弁の開閉時期の制御は、クランク軸と連動したカム機構やベルト機構などで制御されている。シリンダ上方に吸気弁、排気弁を備えた頭上弁式のものをOHV式（overhead valve）という。オクタン価ノッキングの対策の際、オクタン価が重視される。オクタン価の大きい燃料ほど、ノッキングを起こしにくい。オクタン価（octane number）とは、ガソリン成分中でイソパラフィン系のイソオクタンのオクタン価を 100として、ノルマルパラフィン系のノルマルヘプタンのオクタン価を 0 として、この両方を様々な割合で混合した標準試料と同じアンチノック性をオクタン価で表す。イソオクタンの方がガソリンエンジンでは、耐ノック性が高い。
null	null	高等学校工業原動機/ディーゼル機関ピストンによって空気を圧縮し高温高圧の空気とし、シリンダ内の高温空気に燃料を噴射して自然着火させる機関をディーゼル機関 (diesel engine) という。ディーゼル機関では、燃料の点火は行われない。燃料としては、軽油・重油などが用いられる。作動行程は、吸気(intake) ・圧縮(compression) ・膨張(power) ・排気(exhaust)からなる。圧縮によって、おおむね、シリンダ内の気体は、以下の様な状態になる。 - 圧縮比：12 ～ 24 - 圧縮温度：500℃ ～ 600℃ - 内圧：3.5MPa ～ 4.5MPa (35 kgf/cm^2 ～ 45 kgf/cm^2) 4サイクル機関と2サイクル機関とが、ディーゼル機関には、ある。 4サイクルディーゼル機関の動作原理 4サイクルディーゼル機関の行程を示す。 - 吸気ピストンが上死点から下死点へと向かう間に、吸気弁が開き、空気だけをシリンダ内に吸い込む。空気の吸込み後、吸気弁を閉じる。排気弁は、この行程では、閉じたままである。 - 圧縮吸気で弁が閉じた後、クランクの回転により、下死点から上死点へとピストンが移動して、シリンダ内の空気が圧縮され、高温・高圧の状態になる。排気弁は、この行程の間は、閉じたままである。 - 膨張高温のシリンダ内の空気中に燃料を噴射する。シリンダ内は高温なので、燃料は自然着火して、混合気が膨張する。ピストンは下死点へと押し下げられる。吸気弁は、この行程では、閉じたままである。排気弁は、この行程では、閉じたままである。 - 排気排気弁を開く。燃焼ずみのガスが排気される。クランクの回転により、ピストンは下死点から上死点へと移動するので、ピストンの移動によって、排気が押し出される。吸気弁は、この行程では、閉じたままである。排気が終わった後に排気弁を閉じて、吸気行程へと移る。セタン価点火しないディーゼル機関でもノッキングは起こる。この場合は、点火が遅いことが原因である場合が多い。セタン価の高い燃料が、ディーゼル機関では要求される。「オクタン価」は、ガソリンエンジン用の燃料の価数なので、ディーゼル機関ではオクタン価は用いられない。ディーゼルエンジンで用いる軽油や重油では、ガソリンエンジンとは逆に、自己着火のしやすさが要求される。セタン価(Cetane number)とは、耐ノック性が比較的高いn-セタンのセタン価を100として、耐ノック性が低いイソセタンのセタン価を15とした試料の軽油と、同一の耐ノック性を示すようなセタンとイソセタンとの混合物中に含まれるセタンの割合(容量比)を、その試料のセタン価とする。一般に、セタン価は45以上は必要である。
null	null	高等学校工業原動機/内燃機関の原理ピストンの上死点と下死点クランク機構などの回転機構につながったピストンの位置について、そのピストンに膨張・圧縮などの力が加わっても、クランクへの回転トルクとして寄与しない位置にある状態を死点（してん、dead center）という。クランク機構などの回転機構につながったピストンがシリンダ内のもっとも奥に押し込まれ、クランク軸側から遠い状態を上死点（じょうしてん、top dead center,略称はTDC）という。ピストンがシリンダ内のもっとも手前側に引き出されクランク軸側に近い状態を下死点（かしてん、bottom dead center略称はBDC）という。ピストンが上死点から下死点へと移動する距離を行程（こうてい、stroke）という。行程という言葉は別の意味にも用いられる事があるので、場合によっては区別のため、上死点から下死点までのピストンの移動距離のことを、「ピストン行程」とか「行程距離」などと呼ぶ場合もある。ピストンが上死点から下死点へ移動するまでの間に、ピストンが押しのける容積を行程容積という。ピストン内の気体が排気弁などから排出される際、その気体の容積を、行程容積に換算した値を排気量という。一般に排気量は行程容積に等しい。ピストンの断面積を A として、上死点から下死点までの距離を S とした場合、行程容積 V_s は次の式になる。なお、内燃機関などの燃焼機関で排気量という用語を用いることが多いが、燃焼機関でなくてもピストンが押しのける容積に排気量という言葉を用いる場合がある。たとえば気体用のポンプなどで排気量という言葉を用いる場合がある。ピストンが上死点にあるときに、シリンダ内に残っている隙間の容積をすきま容積という。内燃機関の場合は、すきま容積のことを燃焼室容積ともいう。内燃機関では、ピストンが上死点にあるときのシリンダ内の残りの空間のことを燃焼室という。行程容積とすきま容積を合わせた容積をシリンダ容積という場合がある。行程容積にすきま容積を足した容積を、すきま容積で割った値を圧縮比（compression ratio）という。圧縮比の式について - 圧縮比：ε - すきま容積：Vc - 行程容積： Vs としたとき、圧縮比εの式は - ε となる。圧縮比は、ガソリン機関では4～10の程度であり、ディーゼル機関では12～24の程度である。ディーゼル機関では圧縮点火という仕組みから圧縮比がガソリン機関よりも大きくなる。エンジン周辺部品クラッチ科目「機械設計」でも、自動車以外の一般のクラッチを扱う。wikibooksの本科目「原動機」でのクラッチの説明は、主に自動車などの内燃機関のクラッチについて説明をすることにする。クラッチとは、エンジンで発生した動力（トルク）を、変速機（トランスミッション）以降の駆動軸へと伝えるために、機構の接続と遮断などを行う断続装置である。クラッチの取り付け位置は、通常は、エンジンとトランスミッション（変速機）の間に取り付けられている。クラッチがつながっている状態では、エンジンの力がトランスミッションに伝わるので駆動ができる。クラッチが切り離されている状態では、エンジンの力がトランスミッションに伝わらないので駆動がされない。クラッチは、エンジンの始動や変速レバーの操作などで使われる。エンジンでは一気に負荷が掛かるとエンジンが停止してしまうので、徐々に負荷をかけていく必要がある。そのため、エンジンの始動や、レバー操作の際に、クラッチが必要になる。
null	null	高等学校工業原動機/水車とポンプ高低差などの外部のエネルギー差に逆らって、低い場所から液体を吸い上げたり、液体を押し出したりする機械をポンプ（pump）という。気体に対しても、気体を吸引する目的の装置をポンプという場合もある。密閉容器から気体を吸引すれば結果、真空度が上がるので、その真空を作る目的のポンプを真空ポンプという。ただし気体を押し出す目的のものは、送風機（blower）などと呼ばれポンプとは呼ばない。送風の結果、たとえ結果的に低所から高所へ気体が送られたとしても、ポンプとは呼ばない。気体を圧縮する目的のものは、ポンプとは呼ばずに、圧縮機（compressor）と呼ぶ。以下、液体の水用のポンプを中心に解説をする。なお、水用のポンプを「水ポンプ」ということがある。羽根車の回転子を使うポンプをターボポンプという。なお、真空ポンプのターボ分子ポンプとは別の者なので混同しないこと。また、タービンポンプとも異なる。タービンポンプは後述するディフューザポンプのことである。いくつかの方式があるが、揚水の原理は、どれも、羽根の回転で真空度を高め、液体を吸引して上がる方法である。ここで抽象論を解説するよりも、各方式の構造を具体的に学んだほうが早いので、次の説明へ進んでいただきたい。方式には、いろいろあるが、次の遠心ポンプが基本的な方式なので、まずは、それを学んで頂きたい。また、各方式の分類の仕方や用語は、業界によって微妙に異なるので、分類よりも、形状や構造に注目していただきたい。ポンプが、水を組み上げられることが可能な高低差の限度を揚程（ようてい）、あるいはポンプ揚程という。ポンプ遠心ポンプ羽根車の回転により、遠心力で、外周が高圧になり、外部に水が押し出される。羽根車はインペラ（impeller）と呼ばれる。羽の数は、おおむね7枚程度から12枚程度までである。側板とよばれる囲い板を持つ密閉型と、側板を持たない開放型がある。羽根車の周囲には、案内羽根（guide vane）と呼ばれる固定された羽根がある場合がある。この案内羽根の役割は、方向の調節および圧力や量の調節などである。この案内羽根を持つ方式のポンプをディフューザポンプ（diffuser pump）という。なお、案内羽根の向きと、内側のインペラの羽根の向きは、一般に逆向きである。案内羽根を持たない方式のものにボリュートポンプがある。多段ポンプ 1個の羽根車では、遠心力に限度があるので、より遠心力を強めて揚程を上げる目的で、複数の羽根車を直列に設けた多段ポンプがある。段数は2段や3段といったものから20段といったものまで、さまざまにある。高い揚程が必要な場合に、多段ポンプを用いて揚程を高める場合が多い。シールグランドパッキンポンプは軸を持ち、その軸がケーシングを貫通をするので、貫通部とのすきまから流体が漏れやすい。したがって、漏れ対策のための部品が必要である。軸からの漏れを防ぐ部品を軸封部品と言い、ポンプの場合はグランドパッキン（gland packing）という繊維状の素材から作られたリング形の軸封部品が必要である。ポンプでは、冷却や潤滑のため、若干、流体を漏らす。そのため、パッキン押さえで漏れ量を調節している。このような軸封部品を納める箇所をスタッフィングボックス（stuffing box）あるいは、単に「パッキン箱」という。多量の水が漏れている場合は、単なる故障なので修理が必要である。グランドパッキンは消耗品なので、定期的な交換などのメンテナンスが必要である。規格はJIS B 0116で、グランドパッキンが規格化されている。グランドパッキンを用いる方式は、潤滑のための液体が必要なので、空運転は故障の原因になる。後述するメカニカルシールの方式も、同様に空運転は故障の原因になる。 - グランドパッキン、幅10mmのもの、適切な長さに切って使用する - グランドパッキンを装着前のポンプ、軸の周囲にパッキンを詰め込むスタフィングボックスが見える - グランドパッキンを装着する - 締め付けボルトでパッキンを締めこんだところメカニカルシールメカニカルシールという弾性のある部品をスプリングで押さえつけて密封しているポンプを用いる場合がある。このメカニカルシールの場合も、潤滑などのため、少しの漏れが必要であり、完全には漏れは無くせない。メカニカルシールの方式は、空運転は故障の原因になる。軸流ポンプ水を送り出す方向が、軸方向であるポンプを軸流ポンプ（axial pump）という。軸流ポンプが揚水できる原理は、以下の様な原理である。プロペラ状の羽根を回すことで、たとえば扇風機が風を起こすのと同様に、水に速度エネルギーを与える。水が送り出されれば、圧力が下がり負圧になるので、水を組み上げられる。組み上げた水をプロペラ状の羽根で再び送り出すという原理のポンプ。プロペラポンプ（propeller pump）の一種である。軸流ポンプは低揚程であり、吐出し量が大きい。農業用の灌漑ポンプとして、軸流ポンプよく用いられている。案内羽根があり、プロペラ型の羽によって送り出された水を軸方向へと導いている。漏れに関しては、遠心式と同様に軸とケーシングのすき間からの漏れがあり、グランドパッキンなどで対策をしている。斜流ポンプ斜流ポンプ（英訳はmixed flow pump、あるいはdiagonal flow pump）の揚水原理は、簡単にいうと、遠心ポンプと軸流ポンプの両方を利用したポンプである。遠心力と、プロペラによって生じる圧力差の両方を利用して揚水している。したがって、ポンプの特性は、遠心ポンプと軸流ポンプの、ほぼ中間である。軸流ポンプが、流れを軸方向へと送り出すのとくらべて、斜流ポンプでは斜め方向へ送り出すので、軸方向の推力と、半径方向の遠心力の両方が発生する。上下水道用の揚水ポンプや、農業用の灌漑ポンプなどに用いられている。ポンプの揚程ポンプの揚程では、水面からポンプまでどれだけの高低差まで吸い込めるかという吸込み揚程の高さと、ポンプからどれだけ高くまで吐き出せるかという吐き出し揚程という高さを区別する必要がある。吸込み揚程は、供給源の水の水面にかかる大気圧とポンプの真空度との差によって、吸込みの力を得ているので、理論上での吸込み揚程の限界の高さは、大気圧に相当する10.33mである。大気圧は、絶対圧で約101.3kPaであり、これは水圧に換算すると10.33mの水圧に相当する。しかし実用では摩擦などによる損失のため、これよりもっと低く6m～7m程度が吸込み揚程の限界と考えられている。ポンプが実際に揚程できる吸込み揚程を吸込み実揚程と言い、実際に吐き出せる揚程を吐き出し実揚程という。吸込み実揚程と吐出し実揚程を合わせた高さを、実揚程（actual head）という。摩擦などが無いとして、理論的に計算したときの揚程を全揚程（total head）という。ポンプの動力水動力全揚程H_tを得るのに必要な動力を考えよう。吐出し量Q[m3/s]の場合、単位時間あたりに質量に位置エネルギーを与えることになるから、つまり、 [W]の動力が必要になる。ポンプが液体に与える理論上の動力を水動力(water power)という。ポンプ本体の軸動力とは区別する。なお、説明では吐出し量の単位を[m3/s]にしたが、実務では、[m3/s]も吐出し量の単位に用いられるが、他にも[m3/min]を用いる場合(minは分minuteのこと)や、[L/min]を用いる場合（Lはリットルのこと）もあるので注意のこと。軸動力ポンプには流体摩擦や軸摩擦などによるエネルギー損失があるので、ポンプに与えられた動力が全て、位置エネルギーに変換されるわけではない。ポンプに与えられた軸が実際に回転するのに要した動力を軸動力（shaft power）と言う。なお、軸動力は、ポンプ軸を回転させるための原動機（たとえばモータなど）の動力とは異なるので注意のこと。軸動力は水動力よりも大きい。また、ポンプ効率（pump efficiency）ηは、軸動力と水動力を用いて定義され、以下のように定義される。ポンプの効率は、その製品の規定の吐出し量の近くで最大効率化されるように設計されている。規定吐出し量から遠ざかるほど効率が低下していく。なので、特別な理由が無い限りは、なるべく規定量の近くで用いるのが望ましい。グラフ表示によって、横軸で吐出し量にして、縦軸で効率と全揚程をそれぞれ表示したグラフを、ポンプの性能曲線（performance curve）、あるいはポンプの特性曲線（characteristic curve）と呼ぶ。水撃作用ポンプに限った話ではないが、管路内に液体が流れているときに、弁を急激に閉めると、良くない現象が起こる。流体には慣性があるので急には止まれないし、しかも弁の上流からすれば、さらに上流から流体が流し込まれてくるのだから、結果的に弁の上流側の圧が一時的だが急激にあがる現象が起こる。この水圧上昇の現象を水撃作用（water hammer）あるいはウォーターハンマという。水撃作用は、場合によっては、機械を破損させる原因になる。「水」撃というが、べつに水でなくても、他の液体でも同様の圧力上昇の現象は起こる。水以外の液体でも「水撃」作用という。（英語のwater hammerも同様に水以外の液体でも、こう呼ぶ。）なお、閉じている弁を急に開くと、急に弁の上流圧力が低下するが、この現象も含めて水撃作用と言う場合もある。一般的には、「水撃」という言葉を用いる場合は、弁を閉じるときの上流圧上昇のみを意識して、水撃作用ということが多い。水撃作用による破損を防ぐための対策としては、弁の開閉は、なるべく緩やかに行う必要がある。キャビテーションポンプや水車の羽根車や、船の水中スクリューなど、水中で高速運動する流体機械によく起こる現象だが、水中で羽根車などの機械部品が高速運動すると、ベルヌーイの法則で知られているように、エネルギー保存則より圧力が下がる。そして、圧力が下がると、液体の沸点が下がる。だから、たとえ液体の温度が上がらなくても、液体は沸騰しやすくなり、実際に沸騰して気泡が発生する場合もある。この気泡は周囲の水圧によって、すぐに押しつぶされ消滅するが、気泡が押しつぶされる際に、急激な圧力変化を生じ、この衝撃圧力が機械に損傷を与える。この気泡消滅による衝撃圧の現象をキャビテーション（cavitation）という。キャビテーションによって、部材に損傷を与えることを、壊食（erosion）という。キャビテーションを、なるべく起こさないようにする必要がある。キャビテーションは壊食のほかにも振動や騒音の原因にもなり、また、性能低下の原因にもなる。飽和蒸気圧なお、ある一定の温度の条件化で液体が沸騰するときの圧力を飽和蒸気圧（saturation vapor pressure）という。また、ある一定の圧力下で、液体が沸騰するときの沸点の温度を飽和温度（saturation temperature）と言う。液体の飽和温度は、圧力が下がれば飽和温度も低下するのが一般である。サージングポンプの吐出し圧力や吐出し量が周期的に変化する振動現象をサージング（surging）といい、この現象は運転が不安定になり、好ましくない現象である。流量を絞った状態でおきやすい。より詳しく言うと、吐出し量Qと全揚程Hの関係をグラフ表示したQ-H曲線が、右上がりの勾配の状態で起こりやすい。なので、なるべく、この勾配の状態を避けて、吐出し量Qが大きい状態でポンプを用いる。なお、Q-H曲線のグラフ表示では、横軸に吐出し量Qを取り、縦軸にHを取るのが、一般的である。呼び水ターボポンプの始動には、ポンプ内を液体で充満させる必要がある。ポンプ内に充満させた液体を呼び水（priming）という。あるいは、始動のためにポンプ内に液体を充満させる動作を呼び水という。なぜ呼び水が必要かというと、ターボポンプは液体の流れを利用して負圧を作っているので、この液体が無いと十分な負圧が得られないからである。真空ポンプを用いて、呼び水をターボポンプに導く場合もある。ポンプの運転ポンプの運転手順は製品ごとに異なる。なので、初めて使うポンプの運転の際には、事前に製品カタログなどの文書で運転手順を確認してから運転すること。特に始動時の吐出し弁および吸込み弁などの仕切り弁の開閉の状態は、製品によって異なることが多い。あくまで傾向だが、仕切り弁の開閉の手順の大まかな傾向として、遠心ポンプと軸流ポンプとで、それぞれ以下のような起動順序および停止順序の傾向がある。 - 遠心ポンプ遠心ポンプでは、一般に、吐出し弁を閉じた状態でポンプを始動して、ポンプが起動してから仕切り弁を開く。遠心ポンプを停止させるときは、ポンプを停止させてから、吐出し弁を閉じる場合が多い。遠心ポンプで吐出し弁を閉める際に、水撃を避けるため、徐々に閉める必要がある。 - 軸流ポンプ軸流ポンプでは、弁を開いた状態から始動するのが一般である。締め切り運転なお、弁を締め切って運転を行うことを締め切り運転と言う。一般に、長時間連続の締め切り運転は行ってはいけない。長時間連続の締め切り運転を行うと、温度上昇により焼き付きなどの損傷をしたり、あるいは事故の原因になるからである。また、軸流ポンプや斜流ポンプでは締め切り運転を避ける必要がある。ポンプの運転時の確認事項は他にもある。詳しくは作業手順書や製品カタログなどで確認をすること。容積式回転ポンプ回転による容積変化によって、吸込みと吐出しを行うポンプを容積式回転ポンプと言う。単に容積ポンプと言った場合は、これの他の容積式往復動ポンプも含むので注意のこと。歯車ポンプ外接歯車ポンプケーシング内部に歯車があって、2枚のかみ合った歯車を回転させて、ケーシング外壁と歯車の谷の隙間とで、流体を閉じ込めて逆流しないようにしたポンプが外接歯車ポンプ（gear pump）である。吸込まれた流体は、ケーシング側の流路を通って吐出し側へと送られる。2枚の歯車のかみ合った中央部分は、吸込まれた流体の主な流路ではないので、間違えないこと。ただし、吸込んだ流体のごく一部は、吐出されず、歯車の隙間に閉じ込められる閉じこみ現象によって残り、吸込み側へと戻される。この閉じこみ現象はキャビテーションの原因になるので、回避の工夫がなされている。インボリュート平歯車を用いると、とじ込みが発生しやすいので、円弧歯型歯型などの他の歯形や平歯車以外の種類を用いるか、あるいは、歯面に逃げ溝などを設ける方法がある。歯車ポンプ用の歯型には、メーカごとに様々な方式がある。外接歯車ポンプを、単に歯車ポンプと言うこともある。内接歯車ポンプこれは、内部歯車を回転させて、それにかみ合う外部歯車が、同方向に回転するが、その際の閉じ込めによって、流体を吸込み側から吐出し側へと送り出すポンプが内接歯車ポンプである。吸込み口の位置は、吸込み後に回転によって隙間が増加していく位置に設置し、吐出し口の位置は、隙間が回転によって減少していく位置に設置する。ねじポンプポンプのケーシングが円筒形であり、そのケーシング内に流体を送るための、らせん状の、1個につながった羽根があり、その羽根を用いて吐出し口へと流体を送るポンプをねじポンプ（screw pump）と言う。軸の数は、様々な場合があり、ねじが1個の1軸のものから、ねじが2個の2軸や、4個の4軸のものなど、製品により様々である。ベーンポンプロータにベーン（vane）と呼ばれる板状の回転子が差し込まれており、ベーンとカムリング（ケーシングに相当する）との間に流体を閉じ込めて、吐出し口へと送るポンプをベーンポンプ（vane pump）という。ベーンはスプリングによって、カムリングへと押し付けられる。一般に、ロータの中心軸は、カムリングの中央では無く、偏心させる方式が多い。往復ポンプピストンやプランジャが往復させて、吸込みと吐出しを行うポンプが往復ポンプである。逆流防止弁が付いているのが一般である。吸込み口と吐出し口に付いていたり、あるいは吸込口とピストンに逆止め弁がついている。なお、ピストンとプランジャの違いは、ピストンは連接棒に密閉のための板が付けられたものである。プランジャは本体が棒状であり、そのため新たに連接棒は付けずに、直接、本体で密閉も行う。真空ポンプ機械工業における真空の定義は、大気圧よりも低い定圧へと、減圧された状態のことである。そのような減圧をするためのポンプが真空ポンプ（vacuum pump）である。真空の分類 JIS規格では、真空の度合いを残存している圧力の値によって、分類をしている。（JIS Z 8126） - 低真空:102 Pa - 中真空:102Pa～10-1 Pa - 高真空:10-1Pa～10-5 Pa - 超高真空:10-5 Pa 以下真空ポンプの使用方法 - 荒引き高真空や超高真空まで減圧するときは、まず低真空用のポンプで荒挽きをしてから、真空度が高まってから高真空用ポンプなどに切り替える。真空ポンプの種類 - 油回転ポンプ(oil rotary pump) 油は可動部の潤滑や、軸受け隙間の気密維持のために用いられているのであり、べつに油が回転するわけではない。実際に回転する部品は、ベーンや羽根車である。構造は、一般に容積式ポンプを利用している。荒引きポンプとして、用いられることが多い。油回転ポンプなど液体を用いているポンプを総称してウェットポンプという。液体を用いていないポンプをドライポンプという。また、半導体製造装置用のポンプなどでは、オイルによる汚染を嫌うため、オイルポンプ以外のポンプが用いられる。 - ターボ分子ポンプ高速回転する動翼によって、気体分子を排気側へと、叩き飛ばすことで真空を達成するポンプがターボ分子ポンプ（turbomolecular pump、略称：TMP）である。このポンプは真空度が高く無いと機能せず、大気圧で動作させると、破損の危険もあるので、他のポンプによる荒引きが必要である。構造は、動翼と固定翼とが交互に配置されていて、動翼が高速回転して、気体分子を叩き飛ばす仕組みになっている。 - ドライポンプ油や水などの液体を使用していないポンプの総称。水車ペルトン水車ペルトン水車の構造は、円板に、椀の形をしたバケット（bucket）が、多数、取り付けられている、このバケットが水を受けて、円板を回転させる。この円板とバケットが組み合わさった状態の物をランナ（rnnner）という。ペルトン水車は、流体が水車におよぼす衝撃力によってランナを回転させているので、流体の衝撃力を高めるためにノズルを水圧管の出口に設け、ノズルから噴流（jet）を吐出させる。ノズル内部にはニードル弁が設けられているが、これは流量調整を行うために用いられる。ノズルとバケットの間にあるそらせ板（deflecter）の役割は、軸側の負荷の急減時に、水車の回転速度を下げさせるため、噴流に当てて流れの方向を変えて、バケットから水をそらすためのものである。弁を急閉鎖すると水撃作用がおこるので、そらせ板が必要になる。バケットの中央には、水流を二等分するための水切りが設けられている。これは、左右均等に噴流を割り振り、水車にかかる力が均一になるようにするためのものである。フランシス水車水車のランナ外周側から内側へと水が流れ込み、内側から水が落ちる構造になっている。内側へと流れこむ際に、回転エネルギーへと変換される構造になっている。遠心式と呼ばれる。プロペラ水車プロペラ水車の有効落差は約10m～90mの低落差で利用される水車である。軸流水車とも呼ばれる。羽根車がプロペラの形をしている。羽根の角度を自由に変えられるようにしたものがカプラン水車（Kaplan turbine）である。発電機と一体にして、水車の円筒形のケーシング内に発電機を納めた水車をチューブラ水車（tubular turbine）と言う。ポンプ水車反動型水車を外部動力を用いて逆回転させると、ポンプの働きを持つ。フランシス型のポンプ水車やプロペラ型のポンプ水車などがある。発電所では、夜間などの軽負荷時には電力に余裕があるので、その余った電力で下流側の水を揚水して上流側の貯水池に貯めて高負荷時に備える目的で、ポンプ水車が用いられることがある。また、このような発電所を揚水発電所という。落差水力発電などでは、高所にある貯水池からの落差を発電タービンの回転に利用する。このとき、高所側の貯水池の水面から、低所側の放水路の水面との高低差[m]を総落差（total head）という。総落差の分の位置エネルギーから摩擦損失などの諸損失を差し引いて、水車の回転に実際に寄与した分の位置エネルギーに相当する高低差H[m]を有効落差（effective head）という。水車の、流量から計算した理論上の動力は、有効落差を[m]、流量をQ[m^3/s]とすれば、 - [W] である。このPiを理論水力（theoritical water power）、あるいは水車入力（turbine input）という。実務では、キロワット単位(kW)で表す事が多いので、単位をキロワットに直すと、 - [kW] である。実際には理論水力どおりの軸出力ではなく、種々の損失があり、理論水力よりも、軸から取り出せる出力は下がる。この水車からの軸出力を水車出力（turbine output）あるいは有効動力（effective power）という。効率ηは水車入力Piと水車出力Poの比で定義される。である。
null	null	高等学校工業原動機/油空圧機器油圧機器は、鉱物油などを作動液として、油圧モータや油圧シリンダなどのアクチュエータに仕事をさせる機械である。パスカルの原理を応用することで、大きな力を出すことが出来る。油圧は油を循環させて使うので、装置全体を油圧回路という。油圧機器の全体の構造は、主に以下の部品からなる。 - 油圧ポンプ - 油圧シリンダあるいは油圧モータなどのアクチュエータ - 制御弁：具体的には方向制御弁や流量制御弁など - アキュムレータ： - 圧力制御弁 - 油タンク - フィルタフィルタは油タンクにあり、摩耗くずなどがタンク内に入らないようにしている。油タンクには通気口が上部にある。油圧機器作動油の種類一般に引火性や燃焼性があるので、火気や高温に注意が必要である。低温にも注意が必要である。低温では、粘度が上がる。なので、冬場などは、ヒーターなどで適温まで上げたり、あるいは暖機運転が必要である。作動油の分類は、主要成分により3種類に分類される。石油系と合成系と水性系である。石油系作動油錆止め剤や酸化防止剤を添加したもの。別名は、鉱物系作動油とも呼ばれる。引火性があるので、火気に注意する必要がある。また、高温での使用にも注意が必要である。このような理由から消防法の危険物の適用を受ける。合成系作動油 50°以上では、合成系作動油を用いるのが一般である。 - リン酸エステル系難燃性が高い。ゴムや樹脂に対する腐食性があり、ニトリルゴムやウレタンゴムなどを侵すので、これらの材料を用いている油圧機器には使用できない。（シール材などで、ニトリルゴムやウレタンゴムは用いられることが多い。）シール材にゴムを用いる場合は、フッ素ゴムなどを用いる必要がある。 - 脂肪酸エステル系難燃性はリン酸エステルと比べると劣るが、一般石油系と比べると難燃性は高い。シール材やパッキン類には、一般石油系のものが使用できる。ただし、フェノール樹脂およびブチルゴムを侵すので注意が必要。生分解性がある。水性系 - 水グリコール系約40%が水。添加剤として、増粘剤や錆止め剤、摩耗防止剤や消泡剤などが加えられている。潤滑性は劣る。水分の蒸発により、濃度変化をするため、濃度管理が必要。高温では用いない。高温で用いない理由は、水分の蒸発が、高温では激しくなるためである。50°以下で使用するのが望ましいとされる。難燃性は高い。油圧ポンプ油圧機器には、油タンクからアクチュエータへ作動油を送るための油圧ポンプが取り付いている。歯車ポンプやベーンポンプが用いられることが多い。いずれも容積型ポンプである。歯車ポンプは、内接形歯車ポンプも、外接形歯車ポンプも、ともに油圧ポンプとして用いられている。アクチュエータアクチュエータには油圧シリンダや油圧モータが用いられる。油圧シリンダ油圧シリンダの種類には、単動シリンダと複動型シリンダがある。単動は、行き行程のみ油圧により働かせて、戻り行程はピストンの自重やスプリング力などの油圧以外の力で戻るシリンダである。複動シリンダは、行き行程と戻り行程の両方とも油圧の働きによって作動するシリンダである。シリンダの両側に油の流入口があるのが複動シリンダの特徴である。 - 片ロッド形ピストンロッドがピストンの片側にのみ付いた方式のシリンダを、片ロッド形という。片ロッド型では、作動流体からの受圧面積が、ピストンの左右でロッドの断面積のぶんだけ異なるので、よってピストンの行きと戻りの動作特性が異なる。 - 両ロッド形ピストンロッドがピストンの両側に付いた方式のシリンダを両ロッド形という。通常、ロッドの太さは同じである。両側の受圧面積が同じなので、ピストンの行きと戻りは同じ動作特性である。 - 背圧シリンダの流出側も、圧力が残っている。これを背圧という。背圧による抵抗のぶんだけ、シリンダが外部に与える力が下がる。油圧モータ油圧モータには、歯車モータ、ベーンモータやアキシャル形ピストンモータなどがある。構造は、容積式ポンプと原理は類似している。油圧モータは、圧油の力を、回転運動に変換する機械である。油タンク油タンクには、送り出す油をためるだけでなく、戻ってくる油を回収して溜めることにも使う。アキュムレータ制御弁方向制御弁流量制御弁圧力制御弁リリーフ弁圧力が高くなった時に、油タンクへと油を戻すための弁。油タンクからアクチュエータへの流路から、分岐して配置する。構造は、スプリングなどでポペット弁と呼ばれる栓を押し付ける構造。調整用ハンドルで、設定圧を調整しているのが一般である。減圧弁油タンクからアクチュエータへの流路に直列に配置し、弁の出口側の2次側の圧力が高まると、流路を閉じて、結果的に2次側への流量が減ったことから2次圧も下がるので、このようにして圧を下がる弁。速度制御の方式 - メータインアクチュエータに入る流量を制御することで、アクチュエータを制御する方式。 - メータアウトアクチュエータから出てくる流量を制御することで、アクチュエータを制御する方式。
null	null	高等学校工業原動機/流体の性質と力学これから、流体について様々な知識を紹介する。だが、工場などで流体機器を扱うさいの実務の基本は、まずは正しい組み立て法で装置を組み立て、正しい使用法で使用することである。また、高校では毒性の高い物質を流体として扱う機会は無いだろうが、実務で毒劇物などの漏れがあると事故につながる。大学レベルの「流体力学」（りゅうたいりきがく）の専門書などを読むと、微分方程式などの数式が多く出てきたりするので、てっきり数式だけで流量測定の実務が片付きそうに誤解しそうになるかもしれない。だが、流量計を扱う企業での実務内容は、たとえば流体機器の溶接や組み立てなどを確実に行うことである。たとえ流体力学に出てくる微分方程式（びぶんほうていしき）などの計算が出来ても、継ぎ手を締める工具や溶接機具などの取り扱いが出来なければ、その工具が出来ない人は製造業の工場では使い物にならない。流体現象の計算式を研究し解明するのは物理学者や工学者などの科学者の仕事であり、工場労働者の仕事では無い。工場で使う流体についての数式なんて、せいぜい工業高校で習うようなレベルの式である。そもそも工場で微分方程式を解く機会は少ない、はっきりいうと中小企業では微分方程式を要求される機会は「無い」だろう。だから、たとえ流体力学の微分方程式を解けても、工場では需要が無い。そういう工具などが出来ない人は、たとえ微分方程式の計算が出来ても、製造業とは別の職業を目指したほうが良いだろう。流体の密度液体（liquid）および気体（gas）をあわせて、流体（りゅうたい、fluid）という。流していなくても流体と呼ぶ。流体の運動方程式を考える場合は質量(mass)の代わりに密度(density)を用いることが多い。密度の記号はρ[kg/m3]が多い。密度の定義式は（密度の単位は[kg/m3]） - m:物体の質量。[kg] - V:その物体の体積。[m3] 密度は、定数とは限らないことに注意する必要がある。例えば、ビニール袋や風船に気体をつめた場合を考えれて見よう。圧力を加えれば圧縮し、熱を加えて温度を上げれば膨張する。このように密度が変化する流体を圧縮性流体といい、そのような性質を圧縮性（あっしゅくせい）という。空気や、酸素ガス、炭素ガス、窒素ガスなどは、気体の範囲ならば圧縮性流体として扱って良い。蒸気は圧縮性流体とみなして良い。いっぽう、水などの液体の場合は、密度は定数と見なしてよい。このような密度を定数と見なせる流体を非圧縮性流体といい、そのような性質を非圧縮性（ひあっしゅくせい）という。粘性流体の流れている速度を流速（りゅうそく）という。流れている流体は、流体内部の流速に、隣の流れと速度差がある時に、その差を無くそうとする抵抗力が働く。流速の大きい側は抵抗力によって流速が下がり、また、流速の小さい側は流速の大きい側に引きずられて流速が大きくなる。この流速の差に比例する抵抗力、隣の流れを引きずろうとする性質をを粘性（ねんせい、viscosity）という。粘性を定量化したものを粘度（ねんど）や粘性係数（ねんせいけいすう）といい、記号は一般にμで表す。単位は[Pa・s]である。この単元では、とくに断らないかぎり、液体の粘度について、考察する。 - （※ 範囲外: ）実務的には、粘性によって、その流体の速度が低下する。（あまり機械工学の教科書では、粘性による速度低下の性質については書かれてないのだが、しかし生物学や化学などの大学教科書には書かれている。）（※ 参考文献: LODISHなど著『分子細胞生物学第7版』、翻訳出版:東京化学同人、翻訳:石浦章一など。原著はアメリカのマサチューセッツ工科大学やカリフォルニア大学の生物学者などが著作している。） - （※ 範囲外: ）粘度の測定方法については、いくつかの方式がある。生物学や化学などでは、「オストワルド粘度計」というのが、よく使われている。これは。U字管の内部に毛細管があり、その毛細管の上にまず液体をため、その真下に毛細管があり、落下時間を測定することにより、粘度を測定するという方式である。比較的に粘度のひくめの液体の粘度を測定する場合の、よくある実務的な測定方法である。 - このほか、「回転粘度計」というのもあり、円筒容器に流体をいれ、中央軸でかくはん羽根を回して、トルクが外側の円筒にどの程度、伝達するかを測定することで粘度を測定する原理のものもある。） - 粘度計についての市販の書籍はすくない。もし粘度計についての書籍が必要なら、流体力学ではなく「流体計測」「流体測定」などの専門書を読むか、あるいは一部の『物理化学』の大学教科書に書いてある。大学の理工学部の学科で『化学科』というのがあり、その学科の専門科目で『物理化学』という科目があり、その『物理化学』科目の教科書で、粘度計の図や解説があったりする。さて、機械工学や物理学では、粘性の式については、下記のようになる。粘性の式については、抵抗力をF、速度の差をΔv、位置の差を Δy、二つの流れが接してる面積をAとした場合、式はである。この力の方向は二つの流れの接触面に平行の方向である。だから、この力は、せん断力である。したがって、単位体積あたりで考えれば、接触面にせん断応力τがかかり、その大きさは、である。粘性が、このような式で表される流体をニュートン流体（Newtonian fluid）という。この「ニュートン」とは、この法則を研究した物理学者のアイザック・ニュートンのことである。べつに力の単位のニュートンのことでは無いので混同しないように。水の液体の粘性を扱う場合は、ニュートン流体として扱って良い。粘性による抵抗が、ニュートンの法則に従わない種類の流体を非ニュートン流体というが、高校レベルでは一般に扱わない。ある種の高分子液体などでは、外部からの力のかけ方や流速によって粘度が変わる流体などが知られている。粘性は、隣の流れへの運動量の拡散しやすさである。 - その他（※ 範囲外）たとえば、デンプンが溶けた水では、水量に対してデンプンの量が多いほど、粘度が高いだろう。このように、一般に高分子の物質の溶けた流体では、溶質の量が増えれば増えるほど、粘度も大きくという傾向がある。いっぽう、分子量の低い分子（たとえば食塩）などを溶かしても、あまり粘度が上がらない。このような化学的な性質を活用して、溶液に溶けた溶質の分子量を測定したい場合に、粘度測定により分子量を測定する「粘度平均分子量」という方法がある。この粘度平均分子量という方法は、溶質が高分子の場合に有効である。圧力水中の物体の表面にかかる水圧などのように、流体では一点集中の集中荷重ではなく、分布して力がかかることが多い。そのため、単位体積あたりの力に換算する必要がある。このある面に垂直にかかる単位体積あたりの力を圧力(あつりょく、pressure)という。圧力の定義対称は液体だけでなく、気体にも圧力は定義される。圧力の単位は[N/m2]であるが、これをパスカル[Pa]という単位であらわすことが一般である。 - [N/m2]=[Pa] である。水圧について容器のなかに液体が入って静止している場合について、液体内の、ある水平面（ここで言う「水平面」とは、重力方向に垂直な面のことで、水の表面のことではない。）にかかる力は、その真上にある液体の重さによる力である。ある面の面積をA[m2]、その深さをh[m]、ρを液体の密度[kg/m3]、gを重力加速度とすると、 ρhA[kg]が液体の質量になる。したがって、重さによる力は、これに重力加速度をかけたρghA[N]になる。圧力は単位体積あたりの力だから、つまり、 - [Pa] ゲージ圧と絶対圧圧力の数値の基準点は、２種類ある。いっぽうは、大気圧を圧力のゼロとして、測った圧力であり、ゲージ圧(ゲージあつ、gauge pressure)という。もういっぽうは、まったく気圧のない状態を圧力のゼロとして測った場合の圧力を絶対圧(ぜったいあつ、absolute pressure)という。つまり、 - ゲージ圧 + 大気圧 = 絶対圧である。圧力が大気圧以下のことを真空(しんくう、vacuum)という。そして、完全に気圧がない状態を、絶対真空(ぜったいしんくう、absolute vacuum)という。気象学などでは、絶対圧を用いることが多い。通常の圧力計は、ゲージ圧を測る圧力計である「ゲージ圧計」の場合が多い。圧力が大気圧以下の場合は、数学のマイナス符号を用いてゲージ圧を表す。この大気圧以下のゲージ圧を負圧（ふあつ）という。いっぽう、大気圧より上の圧力を正圧（せいあつ）という。負圧を測る場合は、真空計などの専用の圧力計で測る。ゲージ圧の場合の「大気圧」とは、測定地点の気圧のことであるので、室内環境や気象などによって変わる。パスカルの原理密閉した容器の液体の一部に圧力を加えると、その圧力は、液体のすべてに伝わり、同じ大きさの圧力のまま伝わる。この法則をパスカルの原理（パスカルのげんり、Pascal's principal ）という。この原理を応用した装置としては、油圧装置などによる力の増幅などの例がある。たとえば、図のようなピストンがあって、ピストン1の面積をA1[m^2]、ピストン2の面積をA2[m^2]、ピストン1の力をF1[N]、ピストン2の力をF2[N]とする。ピストン1を押したとき、発生する圧力は、 - [Pa] この圧力Pがピストン2にそのまま伝わるので、 - [Pa] である。つまり、 - [Pa] F_2は、 - [N] である。つまり、ピストンの面積比に応じて、力は拡大される。これが油圧ジャッキなどにおける力の拡大の原理である。次に、ピストンの移動する距離を求めよう。液体は非圧縮性なので、ピストン１から押し出された液体は、その分、ピストン２に流れ込む。したがって、次の関係式が成り立つ。 - [m3] これをピストンがおこなった仕事のエネルギー量に関して考えてみる。力学における仕事の定義は、「力×移動距離」である。ピストン1の仕事をW_1 [J]とし、ピストン２の仕事をW_2 [J]としよう。 - [J] - [J] さて、 - [N] の面積比に、体積の関係式の - [m3] の関係を代入しよう。まず、代入しやすいように、変形すれば、である。これより、 - [J] となり、仕事は保存する。流れの力学定常流と非定常流流れの速度や方向などの状態が、時間の経過によっては変わらない場合の流れを定常流（ていじょうりゅう、steady flow）という。時間の経過によって流れ方が変わる場合を非定常流（ひていじょうりゅう、unsteady flow ）という。流速流体の流れる速度を流速（りゅうそく、flow velosity）という。流速vの単位には[m/s]を用いる。（一般の速度の単位と同じ。）流速は、管路内では均一とは限らない。管壁の近くでは、管壁との摩擦のため速度が下がる。計算の簡単化のため、流速を平均化したものを平均流速という。単に「流速」といった場合、この平均流速を指す場合もある。流量管路内を流れる流体について、考えよう。体積流量流速が大きくても、管路の幅が小さければ、流れる液体の量は小さくなる。とすると、流れの量を定義するには、流速vに断面積Aをかけた積の、Avで定義すればよさそうである。これが、体積流量（volume flow rate）の定義である。つまり、体積流量Q[m^3/s]の定義は、管路の断面積をA[m2]、流速をv[m/s]とすれば、である。気体の流れの場合、高温での気体の流れの場合は、体積が一定でも、温度によって気体の密度が変わるので、体積流量では不都合な場合がある。このような場合をかんがえれば、密度ρ[kg/m3]を、体積流量にかけた流量を、新たに定義すれば良さそうである。流体について、単位時間に断面を通過する質量を質量流量（mass flow rate）という。式は、密度をρ[kg/m3]、管路の断面積をA[m2]、流速をv[m/s]とすれば、質量流量q_mの式はである。高温での気体流体の計算では、質量流量が用いられる場合が多い。また、化学工業での流体計算でも、体積流量よりも質量流量のほうが化学反応量の計算がしやすいという都合から、質量流量が用いられることもある。体積流量を単に流量と呼ぶことが多く、特別な理由がない限り、工業では、こちらが使われることが多い。連続の式管路の幅が変化する場合、定常流だとして、管路が1本だとして、漏れなどによる外部流出が無いとすれば、質量流量は、 A_1から流れだした量は、下流のA_2へと流れこむし、そのぶんだけ、流れこむ前に元からA_2にあった流体は、より下流に流れ出すことになる。よって、以下の式が成り立つ。 - [kg/s] これを、流体における連続の式（continyuity equation）とか、連続の法則という。水などの非圧縮性流体では、密度が定数とみなせるので、 - [m3/s] である。流体のエネルギー圧力とエネルギーの関係まず、高さが変わらない水平な管路を考える。説明の簡単化のため、円形断面の管路の中を流れるとする。流体が下流へと流れるには、まず上流のほうが下流よりも圧が高いという圧力差が必要である。いっぽう、エネルギーの定義は、それを物体に与えることによって、与えられた物体を動かす事ができる能力である。これらの事を合わせて考えて、圧力をエネルギーの種類のひとつとして解釈する考えもある。実際、次元を見れば、圧力の次元[Pa]=[N/m^2]は、単位体積あたりのエネルギーの次元[J/m3]=[N/m3]と等しい。なお、ある流れでの2点間の圧力差を、差圧（さあつ、differential pressure）という。液体が満ちている管路の上流と下流に差圧があれば、上流側が圧が大きいとすれば、流れは下流へと流れる。流体の運動エネルギーまず、液体の場合について、流体の運動エネルギーを考える。説明の簡単化のため、円形断面の管路の中を流れるとする。また、流れは均一だとして、渦などの流れを均一でなくす現象は発生してないとする。流体であっても、質点の力学の運動エネルギーと同様に定義できる。流体であろうが、質量のある物体には変わりがない。仮定より、流れは均一であるとした。すると、ある仮想区間内での流体の合計質量をm[kg]として、流速をv[m/s]とすれば - [J] で運動エネルギーを考えられる。単位体積あたりに直せば、 - [J/m3] が、流体の単位体積あたりの運動エネルギーである。流体の位置エネルギー液体が上から下へと流れる現象を考えれば分かるように、管路の上流と下流に高低差があったとして、上流のほうが位置が高ければ、とくに上流に圧力を加えなくても、流体は流れる。つまり、流体は位置エネルギーを持っている。流体であっても、物質であることに変わりはないから、位置エネルギーを、とうぜんに持っている。単位体積あたりの流体の位置エネルギーは - [J/m3] である。流体のエネルギー流体のエネルギーは以下の式で表される。 - [Pa] この関係式をベルヌーイの定理（Bernoulli's principle）という。速度vがゼロの場合を考えてみれば、ベルヌーイの式は、水圧の深さと水圧の大きさの関係式の拡張になっている。位置が変わらない流れの場合、式によると流速が上がると圧力が下がる。実際に、断面積を細めるなどして流速を高めると、このような圧力低下の現象は起こり、この現象をベンチュリ効果（Venturi effect）という。この効果を利用した装置として霧吹きなどが知られている。ヘッドベルヌーイの定理の式は、以下のように、長さを次元とした式に変形できる。 - [m] を速度ヘッド（velosity head）という。を圧力ヘッド（pressure head）という。第三項を位置ヘッド（potential head）という。これら全てを足しあわせた値を全ヘッド（total head）という。トリチェリの定理水槽の下方に穴が空いてたとしよう。大気中に流出する流量を考えよう。また、説明の簡単化のため、水槽の容量はじゅうぶん大きく広く、水が流出しても、水深hの変化はゼロと近似できるとする。他の仮定として、摩擦などの損失や、流出の際の空気抵抗は考えないとする。つまり、 - . とする。また水面が広いため、上流側の水面の流速v_1はゼロに近似できるとする。ベルヌーイの定理を用いて、流出速度v_2を求めよう。 - . まず、圧力p_1、P_2は共に大気圧に等しく、差圧はゼロである。また、浴槽の水深は仮定より一定であり、これから水面と流出口の位置エネルギー差は一定である。つまりまた、仮定より、上流の流速はゼロである。流体は非圧縮性の液体であり、密度ρは一定である。これ等の式をベルヌーイの定理の式に代入すると、いくつかの項がゼロとなって消え、残る項の関係式はとなる。求めたいのはv_2であったから、移項してこれを求めれば良い。h=(z_1-z_2)を利用して、結果は、である。層流と乱流レイノルズは図のような装置を用いた実験を行った。通常の透明な水の流れに、着色液を流す実験を用いて、流体中での流れを可視化した実験を行った。その実験の結果、流れがある速度を超えると、着色液の線は乱れ不規則になり、周囲の透明水と混合していく現象を発見した。流れの線が真っすぐな状態を、層流（そうりゅう）と言い、不規則で混合していく状態を乱流（らんりゅう）という。より詳しく言うと、流体におけるある区間において、流速が低速の場合は、流れの方向がそろっていて、一様に下流に流れる。管壁の近くは摩擦のため、多少は速度差が生じる場合があるが、それでも下流に流れていることには変わらない。ともかく、これらのような、流れの方向が一様な流れを層流（英：laminar flow）という。だが、流れの速度が高い時などは、長期的には下流に流れるものの瞬間的・短時間的には不規則な流れがおこることが確認される。このような不規則な流れを乱流（英：turbulent flow）という。流れが層流から乱流に変化することを遷移（せんい）という。レイノルズ数レイノルズは、より詳しい実験を行った。水の平均流速vおよび、管の管径dを変えて、同様の層流と乱流の遷移をしらべる実験を行った。また、温度を変えることで粘性μを変えても、遷移の実験を行った。その結果、次の法則を発見した。無次元数(ρvd/μ)がある値になると、層流から乱流に移る。彼の、この功績から、この無次元数は、後にレイノルズ数（Reynold's number）と呼ばれるようになった。レイノルズ数の数式記号はReで表す。つまり、レイノルズ数の定義式は、である。実験の仕方にもよるが、水の流れにおいて、レイノルズ数Reを変えていって実験をすると、レイノルズ数Reがおよそ2300のあたりで、流れが乱流になることが多い。（文献によっては2000のあたりで乱流になると報告するものもあるが、ともかく、それらの値の周辺であることが多い。）流れが層流から乱流に変わるときのレイノルズ数Recを臨界レイノルズ数（critical Reynold's number ）という。この値は実験によって実測値から決める。通常の実験では、臨界レイノルズ数の値は、およそ2300の周辺であることが多い。レイノルズ数の式について、調べていこう。まず、次の概念を準備する。慣性力と粘性力川の流れなどが物を運べるように、流れている流体は、力を及ぼすことができる。その力はρv^2に比例する。ρv^2を慣性力という。この式を見ると、運動量ρvに速度vをかけたものになっている。流体も運動量を持つ。流体であろうが物質に変わりないから運動量を持つ。力学で言う力の定義とは、運動量の単位時間あたりの増加率でもある。ある区間の断面に上流から運動量p(=ρv)が速度vで流れこむ場合、で、ある区間に、上流から運動量が流れ込む。このように、流体に関して、運動量をもった流体が流れてのいる時に、運動量pにその速度vをかけた積vpを運動量密度という。定常流で、流速が一定なのは、上流から流れこんできた運動量密度と同量の運動量密度が下流から流れ出て、上流と下流で差し引き運動量の増減はゼロになるからである。さて、流体は、それによって物を動かせるのだから、力を持っている。その力は、およそρv^2に比例する。このρv^2を慣性力というのであった。また、粘性の定義が速度勾配に比例する抵抗力であった。管路の幅をLとし、流速をvとする。このとき、次の式、を粘性力という。実は、レイノルズ数（Reynold's number）は、粘性力と慣性力ρv^2の比である。なお、粘性係数μを密度ρで割った値μ/ρを動粘度と言いνで表す。これを用いた場合、レイノルズ数は次の式で表される。流体実験では、管の大きさなどが違っても、レイノルズ数が同じなら、観測される流体現象は同じであることが多い。説明では、管路を流れる水の流れで説明したが、空気など気体の流れでも同様にレイノルズ数を定義できる。また、静止した流体中を、機械が運動するとき（たとえば大気中を飛ぶ飛行機など）にもレイノルズ数は定義できる。（飛行機の場合はここでは説明しない。）機械が制し流体中を移動する場合、長さLには機械の幅などの長さを、代表長さとして取る。流れのエネルギー損失摩擦損失直管において、管路を流れる流体の摩擦によるエネルギー損失の式は、比運動エネルギーv^2/2と、管路の長さLに比例し、内径dに反比例する。無次元の係数λをもちいて、次の式で表される。この式を、ダルシー・ワイスバッハの式（Darcy–Weisbach equation）という。ダルシー・ワイスバッハの式での係数λを管摩擦係数（friction factor of pipe）という。λの値は流れの状態によって変化する。λの値を与える式は、層流の場合は理論的な式が知られている。導出は、高校レベルを超えるので導出はしない。導出の概要を述べると、「ハーゲン・ポアズイユの式」（Hagen-Poiseuille equation）という式の解析から得られる。結果を述べると、である。乱流の場合のλの式は、様々な式が提唱されている。だが、実務上は業界慣習に従って決めたり、実験結果をもとにして得られたムーディ線図（Moody diagram）と呼ばれる図表から決定する場合が多い。たとえば、実用上、鋼管の場合は、管壁の粗さに関係なくλ=0.03を用いることもある。実務については教科書レベルを超えるので、これ以上は説明しない。ムーディ線図を用いる場合は、レイノルズ数Reと、管壁の相対粗さε/dを用いる。dは管内径である。εは粗さの絶対値である。また、横軸のレイノルズ数は対数目盛であることに注意。レイノルズ数が大きい場合は、ほとんどε/dの影響によって、管摩擦係数が決まり、レイノルズ数の影響は相対的に小さくなる。管路形状による損失管路に曲がりがあったり、断面積が急激に変化したりした場合の摩擦損失を考えてみる。直管の場合の摩擦損失と比べれば、当然に、管路に曲がりや急変があるばあいのほうが損失は大きい。管路の形状に応じた損失係数が定義されている。損失係数の記号はζ（ジータ）である。次の式で定義される。損失を生じる場所の前後で速度が変化する場合は、大きいほうの流速を、式のvの値に取る。
null	null	高等学校工業原動機/流体の測定流体の測定これから、様々な測定原理について紹介する。だが、工場などでの流体測定を扱う実務の基本は、まずは正しく装置を組み立てることである。流体の漏れ（もれ）などが、あってはならない。漏れがあっては、測定機器の場合は誤差につながる。このため、継ぎ手の部分には、けっしてホコリがあってはならない。実務では、業界によるが、「ベンコット」（という工業向けの不織布（ふしょくふ）の商品がある）などで、継ぎ手の部分を拭き取る場合もある。このため、作業場の清掃（せいそう）も大事である。作業者には「整理」「整頓」「清掃」「清潔」「しつけ」が必要である。継ぎ手を締めるときにはスパナなどの工具を正しく使い、正しく締める必要がある。流体機器には、製品によっては溶接部分も多くあるだろう。そのような溶接でも、漏れがあってはならない。このため、正確な溶接が要求される。圧力の測定流量の測定では、その手段として圧力を測定する必要が生じることが多い。なので、まず、圧力測定を説明する。 - マノメータ液中の高さによって、圧力を測る測定器に、マノメータというものがある。図の左側の円は管路の仮想的な断面とする。圧力の釣り合いより、 - [Pa] である。求めたいのはpだから、 - [Pa] - ブルドン管断面が楕円形または扁平の金属曲管をもった測定器。内部に圧力が加わると、断面は内圧によって円形になろうとする。このとき、曲管が直線に伸びようとし、結果的に、端が外側に開ことするので、その位置変化を読み取ることで圧力を読み取る。 - 重錘形圧力天びん（じゅうすいがたあつりょくてんびん、pressure balance）分銅である重錘（じゅうすい、英：weights）による力と、流体の圧力による力を釣り合わせることで圧力を求める。重錘を乗せる皿（重錘皿という。）はピストンにつながっている。シリンダ内に円筒状のピストンが挿入されている。ピストンとシリンダの間には、少しのすき間が開いている。そのため、使用中は、ピストンは浮き上がり、シリンダとは接触をしていない。重心の偏りの影響を減らすため、使用時に、シリンダを回転させるためのモータが装置に備わっていることが多い。粘性などによりシリンダの回転が、重錘に伝わっていき、結果的に、使用時に重錘は水平方向に自転する。ピストンが浮いてるため、ピストンの高さは変わる。このピストン高さの検出器が内蔵されている。圧力計として用いられるだけでなく、ブルドン管圧力計や電気式圧力計などの他の圧力計の校正に用いられることがある。校正の用途で用いる場合は、これに用いる重錘については、測定値のトレーサビリティが保証されている必要がある。校正用途で用いる場合の装置では、空気による浮力の影響を減らす目的で、真空ポンプで減圧できるような密閉構造になっていることが多い。この場合、密閉のため、透明なケースで覆う。国家標準器として、多くの国で、この重錘形圧力天びん、またはこれを応用した装置が、圧力の国家標準器として採用されている。日本でも、この重錘形圧力天びんが、気体圧力標準および液体圧力標準の国家標準器である。（2013年時点。） JIS B 7610 で、重錘形圧力天びんの規格が定められている。 - 電気式圧力計（ひずみ式）圧力により、ダイアフラムやブルドン管などでの弾性体の計測部分は変化するが、その弾性体の変化を、ひずみゲージや圧電素子などをもちいて電気的な変化に置き換え、その電気信号を読み取る圧力計。 - 共振式圧力計振動する弾性体の固有振動数は、その弾性体に荷重が加えられると変化をする。たとえば、音叉なども、荷重によって固有振動が変わる。これを応用した圧力計である。共振式圧力計は、（圧電体（あつでんたい）などをもちいて、）圧力計のセンサー部分を振動させておき、固有振動数の変化を読みとることで、圧力を算出した圧力計である。 ※ メーカー企業側が、振動子の材質を公開していない。しかし、おそらく、下記の理由から、圧電体をもちいた材料だろう。まず、圧電体とは、電圧を加えると伸びるなど変形する物質であり、交流電圧を加える事で伸び縮みを繰り返すので、振動させられる。ZnOやAlNなどが圧電体になる。 - ※ 企業側が仕様を隠すので、推測になるが、強度的な理由により、シリコン基盤の上に、圧電体を蒸着させて成形する構造だろう。なぜなら、メーカー企業によっては、製品名で「シリコン共振」式圧力計のような「シリコン」という単語の入る名称を用いている場合もあるからである。シリコン材料 Si そのものは、圧電体ではない。なので「シリコン共振式」などと名乗る製品は、シリコン以外に、なんらかの電気的刺激を加えた際に、振動をする材料を用いていることになる。 - ※ 電子デバイスで、発振器として用いられるデバイスで「圧電薄膜共振器」というのがあり、それがシリコン基盤の上に、圧電体（ZnOやAlNなど）を付けている構造である。「圧電薄膜共振器」を英語ではthin-film bulk acoustic resonatorといい、FBARまたはTFBARと略す。おそらく、共振式圧力計の構造も、圧電薄膜共振器と類似した構造だろう。重さの測定器での、音叉式の電子天びんも、この共振式圧力計とほぼ同様の、固有振動数の変化を読み取る測定原理である。流速の測定ピトー管フランス人の土木技師であったピトーは、あるとき、簡単な原理の河川用の流速計を発明した。彼の発想では、ガラス管の下端を90°曲げて、先端を水に入れて流れに対向して支えれば、管内の水位は水面よりも上昇するはずだから、これにより、流速が測定できるのでは、と彼は考えた。実際にこの原理は正しく、ほぼ同様の原理の流速計がピトー管（Pitot tube）と呼ばれ、現代（2013年に本記事を記述）でも広く用いられる。現在、用いられるものは、対向した全圧管と呼ばれる取り出し口だけでなく、流れの直角方向につながった、静圧管と呼ばれるもう一つの取り出し口が付いている。この二つの取り出し口から取り出した圧力の差を測るように、現代のピトー管はなっている。ベルヌーイの定理を適用すると、管路は水平なので、位置エネルギー差は無視でき、となる。これより、ここで、なので、これを代入すれば、となり、hより流速が測定できる。ピトー管から離れた上流の圧力を静圧という。ピトー管先端の流速がゼロの部分の圧力p2を全圧という。ρv^2 /2 を動圧という。実際の測定では、式に補正係数[無次元]が付き、となる。この補正係数をピトー管係数または速度係数という。その他の流速計 - レーザードップラ流速計まず、ドップラー効果とは、音や波を発する物体が運動している時に、その速度に応じて観測される周波数が変化する現象である。さて、レーザ光が媒質中を伝わるときに散乱光があるが、その散乱光の周波数はドップラー効果を受けて変化する。この現象を利用した流速計。この流速計は非接触なので、流れを乱さないという長所を持つ。 - 熱式流量計および熱式流速計以下に原理を示す。なお、気体流量および気体流速の測定に用いられることが多い。 - 熱線式流速計流れの冷却効果を利用して流速を求めるものである。あらかじめ、測定器の金属線に電流を流し、この抵抗熱が、流れによって、どれだけ冷却されたかを測ることで流速を測る、または抵抗熱による電気抵抗の変化を測ることで流速を測る。一般的に、電気抵抗の変化の測定には、ホイットストン・ブリッジなどのブリッジ回路が用いられる。発熱抵抗体の材質には様々あるが、高精度なものには、白金抵抗体が用いられることが多い。 - マスフローメータなお、これと同様の原理は、形状は異なるものの、質量流量計のマスフローメータ（mass flow meter）が、流れによる冷却を読み取って流量計として利用ている。マスフローメータの場合は、流れる物質ごとに、分子あたりの比熱が異なるので、流体の分子の種類に応じて測定器を使い分けなければならない。マスフローメータの用途として、化学工業などでは、質量流量のほうが体積流量よりも化学反応量を見積もりやすいという点から、マスフローメータは化学工場や半導体工場、宇宙関係などの流量計で用いられることが多い。なお、この例のように、流速計と流量計に、似た原理を用いる場合がある。文献によっては、ある流量計を流速計に分類したり、逆にある流速計を流量計に分類したりとする場合がある。流速計には、紹介した物以外にも他にも多くの方式がある。流量の測定ベンチュリ管ベルヌーイの定理より、高さと圧力を測定すれば、流速が計算できる。そして、連続の式より、流速から流量を計算できる。これを利用した液体用かつ気体用の流量計としてベンチュリ管（venturi tube）がある。ベンチュリ管の構造は、図のようになっている。圧力の測定は、圧力ヘッドの差を元の測定できる。ベルヌーイの式中の高さについては、管路を水平に置くので、無視できる。まずベンチュリ管で測定される圧力ヘッドから流速を求める手順を説明する。説明の簡単化のため、流体は液体とし、液体の種類は水とする。まず、ベルヌーイの式より以下の関係が求まる。また、圧力ヘッド差をh[m]とすると、である。最終的にベルヌーイの式から求めた速度の式にhを代入するのだが、力学的な状況を記述したいので、しばらく圧力の項を残したまま計算を進める。まず、連続の式より、 - [m/s] である。これより、これに、圧力ヘッドと位置ヘッド差の式を代入すれば、ここで、断面積の比のA_2/A_1を開口比と呼ばれ、一般にmと置く。つまり、である。これを速度の式に代入すれば、求めたいのは流量であった。体積流量Qは、Q=A_2 v_2 [m^3/s]であるから、 - [m^3/s] 実際の測定では、摩擦などの損失によって、ベルヌーイの式から計算した理論値と少し食い違う。なので補正の計算が必要になる。ベンチュリ管の流量補正のための係数は流量係数（coefficient of discharge）と呼ばれ、この係数は実験によって決める。流量係数の数式記号にはcを用いるのが一般である。あらかじめベンチュリ管を製造した測定器メーカなどにより流量係数が準備されていれば、それを用いても良い。流量計メーカー製の補正係数を用いる場合、この流量係数cは、レイノルズ数の関数で与えられる場合がある。ベンチュリ管に限らず、流量計での、流量の補正係数を実務で求める場合は、レイノルズ数の関数で近似するのが一般である。この係数cを理論値に掛けて、ベンチュリ管による流量の測定結果とする。理論値をQ_thとした場合、補正済みの流量の測定値Qは、 - [m^3/s] である。なお、一般にベンチュリ管の流量係数は0.95~0.99の程度の値であることが多い。流れている流体が気体の場合は、ベンチュリ管の下部に付いているU字管によって差圧p_1-p_2を用いて、圧力差を測定し、液体の場合と同様の計算をする。なお、U字管を用いる場合、装置製作の都合上、長さに限界があるので、測定できる位置ヘッド差に限りがある。このため、U字管内の液体に水銀を用いて比重を重くする場合がある。水銀は猛毒なので、もし実験などで取り扱う際は、厳重に注意すること。流量校正について流量測定については、日本国の計量行政の国家標準機関（日本の場合は産業技術総合研究所が担当）などによる校正では、最終的には体積流量の校正では流した時間と体積を実測で測って、体積流量の実測値を算出している。たとえば質量流量の校正では、重さと時間を実測で測って、質量流量の実測値を算出している。流量係数も、元をたどれば、このような国家標準器での実測値に基づく。（トレーサビリティと言う。）ただし一般の工場や学生実験での測定器の校正では、このような国家機関レベルと同水準の校正は行わない。設備や予算などの都合上、国家機関レベルの困難なので、ほかの校正された測定値の信頼できる流量計を参照標準（Reference リファレンス、略：ref.）として、流量を比較する。参照標準の流量と比較するという流量比較の方法で、流量係数などの補正係数を決めるのが一般である。このような校正も専門知識や流量比較実験のための設備が必要であり、一般の工場の流量計ユーザーでは自社では校正は行わず、流量計の製造元や外部企業の校正を業務にしている業者に校正を依頼する。高校の実験の場合は、流量計の測定器の数値を、そのまま信用すれば良いだろう。学校の設備の定期検査や定期校正の外部業者への依頼などは、学校教員側が管理する仕事であろう。さまざまな原理の流量計さまざまな流量計を紹介するが、どの原理の流量計も、最終的には校正によって流量を確認している。そして、どの流量計も、校正のトレーサビリティをたどっていけば、最終的には国家標準器がトレーサビリティの頂点にたどりつき、標準器による重さ（あるいは体積）と時間の測定にたどり着く。なので、これから述べる様々な原理の流量計の検証も、校正のトレーサビリティは、最終的には国家標準器にたどりつき、標準器による重さ（あるいは体積）と時間の測定にたどり着く。オリフィス流れをせき止める薄くて頑丈な金属板の中央に穴を開け、その穴から流れを流出させたとき、この穴をオリフィス（orifice ）という。あるいは、仕切り板全体を単にオリフィスという。穴と仕切り板を区別する必要がある場合は、板の側をオリフィスプレート（orifice plate）などと呼ぶ。流量の式はエネルギー損失が大きく、流量係数cは0.6の前後である。オリフィスの場合、メーカー製の流量係数を用いる場合や便覧などから流量係数を調べる場合などは、レイノルズ数Reの他に、管内系D[mm]と穴径d[mm]の比の絞り比β=D/dを計算することが必要になる場合がある。ノズル長円ノズルや ISA1932 ノズルがある。（※ ウィキペディア内に使用できる図がないので、外部のサイトや専門書などでISA1932ノズルなどを確認してください。）流量係数は、一般にC=0.9~1.0である。流量計では、単にノズルといった場合、このノズルを意味する。なお、流体力学では、差圧流量計とは別の、他の構造の部品にも「ノズル」という単語を使う場合があるので注意のこと。たとえば、航空工学などでの「超音速ノズル」や、質量流量計の「臨界ノズル」や、「ラバール・ノズル」というものは、この差圧流量計でのノズルとは異なる。これらについては、本科目の教育範囲を超えるので、解説しない。流量の式は、穴断面積をA[m^2]として、差圧を位置ヘッド差h[m]で表せばあるいは圧力差Δp[Pa]を用いて表せば超音波流量計超音波を利用した流量計を超音波流量計（ultrasonic flowmeter）という。測定原理の方式には、二種類の方式がある。いずれとも、流速を求めてから流量を演算して算出する。なので、流速計に分類する場合もある。 - 時間差式流れの方向に対して、超音波の伝搬方向が同じ方向の場合と異なる方向の場合とで、超音波の伝搬速度が異なる。このため、流れの上流と下流の2点に、送受波器を取り付け、上流から下流へと超音波を送った場合の到達時間と、下流から上流へと超音波を使った場合の到達時間との差から、流速や流量を求める測定器である。異物や気泡のない流体に向く。 - ドップラー式液体中の気泡や異物に超音波を当てたとき、反射波の周波数は流体の速度に応じて入射波から変化するというドップラー効果を応用した流量計である。気泡や異物のある流体に向く。時間差式とドップラー式のいずれとも、次のような特性を持つ。 - 可動部が無い。 - 測定による流れのエネルギー損失が無い。主な測定対象は液体の流れである。一部には気体を測れるものもある。電磁流量計電磁流量計（electromagnetic flow meter）はファラデーの電磁誘導の法則を利用した流量計であり、体積流量計である。平均流速に比例した起電力により、体積流量を求める。測定可能な流体は、水のほか、導電性の液体の流れに対して用いられる。絶縁性の流体や気体には使用できない。渦流量計流れの中に円柱状の形状の物体を置くと、円柱の下流側に渦を生じる。このときの渦の発生周波数は流速によって変わり、ほぼ流速と渦の発生周波数は比例関係なので、発生周波数を測定して、そこから流速を逆算し、流量を算出する流量計が渦流量計（うずりゅうりょうけい、vortex flow meter）である。渦流量計は流速計であり体積流量計である。発生周波数の検出方法は、渦の発生によって、流体の動きが変わるので、その動きの変化によって生じる力の変化を円柱内部に取り付けた検出器で検出する。測定対象は、液体および気体である。 - カルマン渦流れの中にある障害物の下流側に生じる渦をカルマン渦（カルマンうず、Karman vortex）という。カルマン渦は、液体でも気体でも生じる現象である。カルマン渦は、たとえば、旗が風になびく現象である。ポールに高く掲げた旗が風になびく現象と、同じ原理の現象である。カルマン渦とは、流れの進行方向を基準に満た場合、流れの下流側の背後から、左右交互に渦が生じる現象である。「カルマン」とは、この現象を研究した科学者の人名。なお、混同されやすい現象として、渦の発生と、層流から乱流への遷移の現象があるが、これらは別の現象であるので混同しないように注意が必要である。カルマン渦が発生するレイノルズ数Reは、だいたい50のあたりから、円柱の背後にカルマン渦が発生するように、レイノルズ数の値が、乱流遷移のレイノルズ数のおよそ2000周辺とは大きく異なる。渦の種類は、カルマン渦のほかにも双子渦などがあるが、詳細は省略する。そのほか詳しい解析計算は、高校レベルを超えるので省略する。 - 渦流量計の構造や特性流量計の構造については、円柱内部での流れ変化の検出には、圧電素子やひずみゲージが使われることが多い。渦を発生させる障害物の形状は、円柱の他にも三角柱などの物の場合もある。欠点として、流量がゼロの時の確認ができない。また、低レイノルズ数では誤差が大きい。また、流体の粘性が高く渦が発生しにくい流体の場合には、渦流量計は適用できない。力を検出しているため、外部からの振動などの影響を受けやすい。測定方式は、他にも、超音波流量計と組み合わせて、渦による流速の変化を検出する方式のものもある。タービン流量計および羽根車流量計流れの中に羽根車を置く。羽根車は流体の運動エネルギーによって回転するので、回転速度から流速を求め、体積流量を算出する流量計である。羽根車の動きの検出には、機械式のほか、光学式や磁気式などがある。一部の水道メータなどに用いられている。測定対象の流体は、主に液体が対象である。一部には気体を測れるものもある。液体を図る場合は、測定できる体積流量の流量範囲が広い。羽根車が慣性を持つという性質のため、平均流速や、積算流量を測定するのに適する。瞬時流量を測るには向かない。欠点として、エネルギー損失が大きいので、流体のエネルギーを損失させたくない場合の用途には不向きである。また、可動部を持つので、可動部を嫌う用途には不向きである。流体に異物が含まれている場合、異物により回転が妨げられるという影響を受けやすい。範囲外: 流量計の校正せっかくだから、産業技術総合研究所の国家標準器での流量計の校正（こうせい、calibration）の話をしよう。校正とは、測定器の示す、その量の測定値と、じっさいの、その物理量のほんとうの値（あたい、ち）との対応を確認し、もし調整が必要なら調整するなどの適切な対応をすることである。校正と器差試験のちがい - ※ 工業高校科目『電子計測制御』の教科書では、測定値が許容誤差の範囲内に入ってるかを検査することを校正という、などのように説明したりしてるが、厳密には、それは「器差試験」（きさしけん）である（。「校正」ではなく）。なお、公共の計量検定所（けいりょうけんていじょ）が法令にもとづいて行う器差試験が、「計量検定」（けいりょうけんてい）の一部分である。 - ※ 器差試験と校正のちがいの説明として、たとえば、もし仮に、ある重さ計（おもさけい）で、じっさいの質量よりも、ぴったりと1234gだけ値が大きめに表示される重さ計があったとしよう（じっさいには存在しないが）。 1234.01gでもなく1233.98gでもなく、ぴったりと1234.00000000000000000・・・gの値だけ毎回かならず大きく表示されたとしよう。この重さ測定器の器差は1234gとなる。この測定器をつかって、測定者が「つねに表示される測定値から1234グラムを差し引いた値こそが、ほんとうの重さ」として解釈すれば、世界でもっとも正確に重さを知れる測定器として（なぜなら「ぴったり」1234gの器差だから）、この重さ計を利用できる。しかし、器差は1234グラムであり、重さ計としては、とても器差が大きい測定器になっている。このように、校正と器差は、異なるアイデアである。 - ※ なお現実には、けっして、上記のように、器差が「ぴったり」「毎回」「かならず」として寸分の狂いもなく一定値の測定器なんて、存在しない。あくまで説明のために、仮に想定しただけである。 - ※ もちろん、現実的には、測定器の器差もなるべく小さくするべきである。 - ※ 「校正」は、「器差試験」よりも広い概念（がいねん）である。「もし器差試験が必要なら、必要におうじて器差試験をおこなうこと」も、校正にふくまれる。なにも器差試験を行ったり専門業者に計量検定を依頼したからといって、けっして校正でなくなることはないので、技術者は安心してよい。 - ※ なお、「つねに表示される測定値から1234グラムを差し引いた」のように、つねに測定器の表示値からある大きさの一定値をズラすことを、ゼロ点調整（ゼロてんちょうせい）という。なぜ「ゼロ点」調整というかというと、たとえば、重さ計に、まだ何も重りを乗っけていない状態（これが「ゼロ点」といわれる状態）で、表示部に1234gという数値が出たら、その値を、今後の測定値から、つねに差し引くからである。 - ※ このように、ゼロ点調整をおこなうことによって、器差をある程度は減らすことができる。しかし、現実には、器差がけっして「ぴったり」「毎回」「かならず」として寸分の狂いもなく一定値の測定器なんて存在しないので、ゼロ点調整によっても、そのあとの、その測定器の器差をけっして完全にゼロにする事はできない。教育上の説明のため、校正と器差とのちがいを協調したが、しかし学生の段階では（高校生、大学生、高専生など）、測定器の「校正」と「器差試験」は、とりあえずは同じものだと思っても、かまわないだろう。じっさい、市販のデジタルセンサーをもちいた製品などの説明書でも「キャリブレーション」（校正は英語で calibration という）という用語が、むしろゼロ点調整のような意味で使われる場合もよくある。工業製品ですらキャリブレーションとゼロ点調整を区別してないので、学生は区別しなくていい。学生にとっては、「校正」と「器差試験」のちがいに深入り勉強するよりも、物理学などを勉強することのほうが大切であろう。例: 質量流量の国家標準器での校正一例として、気体流量の質量流量の国家標準器での校正の話をする。（このほかに、液体流量の標準器などもある。）質量流量とは、結局、流れた質量を、流した時間で割った物理量である。なので測定の精度を決める主な要因は、質量計（しつりょうけい）の精度と時計の精度で、質量流量の測定の精度は決まる。（なお、標準器の業界では「精度」という言葉ではなく、かわりに「確かさ」（たしかさ）とか「不確かさの小ささ」などの言葉を用いているが、高校生にとっては、あまり本質的ではない。この教科書では、「精度」という表現を用いることにしよう。）流量校正は、つまり流量比較で、校正される流量計の示す表示値と、校正に用いる質量計や時計から実際に確かめられた流量を比較すれば、いいのである。たとえば産業技術総合研究所の気体流量の標準器の測定では、質量を測るのには、市販の高精度の電子天びんを用いている。（市販と言っても大企業の開発した部品であり、とても高価だし、特注品としてカスタムはしているが、しかし元は民間企業が作っている市販品の技術である。）時間を測るのには、同様に民間企業の市販の高精度の周波数カウンタなどの時間計測器を用いている。気体の重さの計り方は、原理は単純で、実際にタンクなどの容器に測りたい気体を流しこみ、流した後に、タンクの栓を閉めて、流体を流す前後のタンクの重さを比較すればよいだけである。この流しこむ実験の間に、時間を測る。時間の測定は、実際に流している瞬間にしか出来ない。流体の重さは、流す前のタンクの重さと、流した後のタンクの重さを重さ計で比較すれば、それで流した質量や重さが分かる。また、どのような重さ計も、重力の影響を受けているので、産総研で電子天秤を用いる際、あらかじめ国土地理院などの重力データを持っている省庁に定期的に重力値の確認をしている。（高校の地学の教科書にも書いてあるが、実は地球上の重力の強さは、地域ごとに少し偏りがある。）重力データそのものの測定は、国土地理院などの地理・地学の学業界の仕事であり、機械技術者の仕事では無い。小学校で習うように、てこの原理は重力では変わらない。なので天秤の左右で、２個の物体の重さを比較する方法で、重力の影響を、ほぼ打ち消せる。（小学校で習うように月面などの重力の異なる地域であろうが、てこの原理は変わらない。）なので、天秤の左右にタンク容器を乗せるため、流体の容器が２つ必要になり、１つの容器には流量を測りたい物質を入れ、もうひとつは空にしておいて、これらを天秤の左右で比較している。測定中に地震などが来たら、やり直しである。べつに流量測定の場合だけに限らず、他の測定分野でも、地震などが来たら実験やり直しが一般である。（ただし、地学での地震そのものの測定実験を除く。）もし重さの測定回数が1回だけだと、重さ測定の誤差や測定値のバラツキ具合が確認できないので、少なくとも同じ条件で数回は重さの測定をする。（時間は、流した実験をしている瞬間にしか測れないが、重さは後からでも測れる。）また、振動の影響を減らすため、重さ計を用いた校正を行う企業では、そもそも建物を作る際に、重さ計の測定器の下には、緩衝のための設備を用意しているのが一般である。周波数カウンタなどの時間の測定器については、電子工学などの範囲になり、機械技術者が関わる範囲は少ない。いちおう、ごく大まかな、国家標準での流量校正の手順を紹介したが、ほとんどの工場は、自社ではこのような国家標準レベルの校正は行わない。文章で書くと手順が簡単そうだが、実際に校正を行うとなると大きな設備が必要になり、専門知識が必要なのである。なので、一般の工場のユーザーは、測定器の製造メーカー等に校正を依頼し、その依頼を受けた専門業者が校正をする。
null	null	高等学校工業原動機/熱力学の基礎式中の圧力は、特に断らない限り、絶対圧である。状態方程式式中の温度は特に断らない限り絶対温度（単位はケルビン[K]）である。物理学や化学などでの熱力学で知られるボイル・シャルルの法則では、理想気体の状態方程式は次の形である。が成り立つ。式中のPは絶対圧での圧力[Pa]。Vは気体の占める体積[m3]。Tは気体の絶対温度[K]である。このとき、定数はガス種によらず一定である。 - [J/(mol・K)] である。この定数を普遍気体定数（universal gas constant）または一般気体定数と呼ぶ。機械工学および流体力学では、モルnの代わりに、質量mを使い、次の式に変形された状態方程式を使うことが多い。比例定数R[J/(kg・K)]はガス種によって変わる定数なので注意。この係数Rを気体定数（gas constant）という。分子量をMとした場合、 - [J/(mol・K)] ( =8.314[kJ/(mol・K)] ) の関係がある。気体定数は便覧などに与えられているので、それを用いることが多い。機械工学では、あまり、モルから熱力学の諸量を算出することはしない。機械工学で質量mを用いた状態方程式を用いるのに、とくに明確な理由があるわけではないが、用いる理由を強いて言うなら、流体力学との関係上、運動方程式を扱いやすいことや、測定の都合で、モルを測定するより質量mを測定するほうが容易な場合が多いなどの理由だろう。なお、体積のVを右辺に移行すると、密度ρが、式に出てくる。ここで、小文字のvを用いて、密度の逆数を比体積と定義する。つまり、比体積vの定義はである。エンタルピー気体の内部エネルギーUに圧力Pと体積Vの積PVを足しあわせた量U+PVをエンタルピー（enthaipy）という。エンタルピーを記号Hで表す。 - [J] が定義である。圧力一定の定圧変化の比熱c_Pは、エンタルピ変化に等しくなる。なぜなら、いっぽう、で仮定の定圧変化より\Delta P=0だから、流体に熱が加わる場合の流体計算では、エンタルピを用いたほうが、式の形が単純になることが多い。温度変化が無い等温変化（isothermal change）では、圧力や体積がどう変わってもエンタルピは変化しない。なぜなら、U+PVとPV=mRTを連立させると、となるが、内部エネルギUは理想気体では、温度のみの関数だから、となる。エントロピー熱機関の効率は以下の式で定義される。温度の高温部から熱量が機関に入り、温度の低温部に熱量を出した場合、効率の定義式はである。熱機関の最大効率は、可逆機関の場合であり、その式は、温度を用いて、と表せる。現実の熱機関は、不可逆機関であり、効率は理論上の最大効率よりも下がる。さて、不等号を用いて、可逆機関と不可逆機関の両方の場合をまとめて表せば、 - ≦ である。これを変形し、 - ≦ - ≦ - ≦ と表せる。ここで、熱量Qを温度Tで割った値Q/Tが出てきたが、この量をエントロピー(entropy)といい、記号Sを用いて次の式で定義される。 - [J/K] エントロピを用いると、熱効率の式は次の形に書き換えられる。 - ≦ となり、不可逆過程の場合は、熱機関の中でエントロピが増加して、放出されたことになる。なお、エントロピーは、名前がエンタルピーと似ているが、異なる量なので混同しないように注意すること。機械工学では、蒸気の熱計算でエンタルピーやエントロピーを使うことがある。蒸気の性質用語本章では、「蒸気」と言った場合、特に断らない限り、水蒸気とする。化学など、ただし、他の学問分野では、水蒸気以外のものも、たとえばアルコール蒸気なども、蒸気に分類するので、化学の教科書などを参照するときは注意が必要である。また、室温や常温での水の蒸発などのように、蒸気は、沸点から低くても発生する。だが、本章では、沸点への加熱によって蒸気を発生させた場合を中心に、特に断りがない限りは、扱うとする。液体の沸騰する温度は、その液体に加わる外部からの圧力によって変わる。誤解をされやすいが、実は蒸気は沸点以上にも加熱することができる。「蒸気は沸点以上に加熱できない。」という考えは、大気圧状況に解放された容器内の沸騰水にのみ対してしかなりたたない。沸点以上の加熱の例は、たとえば、金属製の強固な密閉容器中に、水と空気を閉じ込めて、沸騰させれば、容器密閉のため圧力は大気圧一定ではないので、加熱を続ければ沸騰開始時の温度よりも蒸気の温度は上がる。本章で解説しようとしてるのは、このような、大気圧での沸点以上に加熱された蒸気の性質である。このように大気圧以外の圧力状況でも、水の沸騰を扱うことから、本分野では水の沸点は、必ずしも大気圧状況での沸点100℃とは限らない。このような理由から、以下の飽和圧力、飽和温度の定義が必要である。 - 飽和圧力ある一定の温度の条件化で液体が沸騰するときの圧力を飽和圧力（saturation pressure）という。また、ある一定の圧力下で、液体が沸騰するときの沸点の温度を飽和温度（saturation temperature）と言う。液体の飽和温度は、圧力が下がれば飽和温度も低下するのが一般である。飽和温度と飽和圧力の状況のもとにある水を、飽和水（saturated water）という。沸騰している液体から発生する蒸気は、飽和温度と飽和圧力の状態にあると考えられるので、この蒸気を飽和蒸気（saturated steam）という。沸騰の間、液体が全て気体に変わって無くなるまでの液体が残っている間は、大気中に蒸気を開放するなどして圧力を沸騰開始時のままに一定に保てば、蒸気の温度は飽和温度から変化しない。 - 湿り飽和蒸気飽和蒸気と飽和水との混合物を湿り飽和蒸気という。これに対して、湿り飽和蒸気を加熱させるなどして飽和水を全て飽和蒸気に変えて、水分をまったく含まなくなった直後の飽和蒸気を、乾き飽和蒸気という。湿り飽和蒸気の質量1kgあたりに対して、x[kg]が飽和蒸気であるとき、x[kg]の値を乾き度（dryness）と言い、(1-x)の値を湿り度（wetness fraction）という。日本語での「湿り度」の表記が、地学用語などの「湿度」（humidity）と似ているが、定義は別物であるので混同しないように注意のこと。乾き度xを用いて乾き飽和蒸気の定義を説明すれば、乾き度x=1に成った直後と同じ状態の温度・圧力の蒸気を乾き飽和蒸気という。乾き度x=0の状態は、飽和水である。各種の線図蒸気の性質は、温度や圧力の各条件の値によって、様々な場合があり、ひとつの式では条件と蒸気の状態を表現しにくいことから、グラフによって、条件と蒸気状態との対応を表現する場合がある。そのためのグラフとして以下に述べるような各種の線図がある。代表的な線図として、蒸気の温度と体積の関係をグラフ表示したT-v線図がある。他にも、蒸気の圧力と体積の関係をグラフ表示したP-v線図がある。さらに他にも、蒸気の圧力と温度の関係をグラフ表示したP-T線図がある。線図上で飽和水の条件をプロットした点を、つなげた曲線を飽和水線（saturation water line）または飽和液線（saturation liquid line）という。線図上で飽和蒸気の条件をプロットした点を、つなげた曲線を飽和蒸気線（saturation vapour line,あるいはsaturation steam line）という。臨界点水蒸気の線図では、常温・常圧から高温へとなるに従い、飽和液線と飽和蒸気線の両線は近づく。そして、次の点の、圧力22.064MPa、温度373.946℃の点で、飽和水線と飽和蒸気線とが交わる。この点を臨界点（critical point）という。（なお、「臨界点」という言葉は、他の分野でも違う意味で用いられることが多いので、混同しないように注意のこと。）このときの比体積は、0.00310559m^3/kgである。蒸気の臨界点のときの圧力を臨界圧力といい、蒸気の臨界点のときの温度を臨界温度という。この臨界圧力を超えた状態を超臨界という。超臨界の物体の物性は、一般の液体や気体とは異なる。なお、水にかぎらず、他の分子でも超臨界の現象は存在する。二酸化炭素やメタンでも超臨界現象は存在する。詳しくは高校の範囲を超えるので省略する。エントロピ線図およびエンタルピ線図蒸気を用いた工業の熱機関の解析などで、P-v線図やT-v線図やP-T線図などでは、実用に供しない場合がある。たとえば、P-v線図では、グラフ上の各曲線は、それぞれ温度が一定であるが、実際の気体の状態変化は温度が一定とは限らない。同様にT-v線図でも、実際の熱機関内の気体の状態変化は、圧力一定とは限らない。P-T線図も同様である。もちろん、P-v線図などを、熱機関の解析の実務に用いる場合もある。ともかく、P-v線図などでは都合の悪い場合があるので、代わりに、エンタルピまたはエントロピとの関係をグラフで表示した線図が用いられる場合がある。たとえば、エンタルピ-圧力線図や、エンタルピ-エントロピ線図や、温度-エントロピ線図などが用いられる場合がある。また、線図には湿り蒸気の性質は記載されていないので、これらの線図とは別に、数表によって湿り蒸気のエンタルピやエントロピを記載した飽和蒸気表がある。蒸気表熱の伝わり方機械工学では、材料内での熱の伝わる仕組みについて考える必要がある。たとえば、自動車エンジンとかボイラとかを想像していただければ、納得していただけるだろう。そもそも、熱とは何か。熱と温度の違いは何か。物体を加熱すれば温度が上昇することから、熱とは、それを受け取ることによって、温度が上がるエネルギーであろう。（潜熱とか融解熱とかは、簡単化のため、しばらく、考えないことにする。）そして、熱は、外部から手を加えなければ、自然と温度の高い所から、温度の低いところへと移動していく。その結果、温度の高かった場所は、熱を手放し、だんだんと温度は低くなる。逆に、温度の低かった場所は温度が高くなる。そして、いつしか、ふたつの箇所の温度は同じになる。いっぽう、熱が、温度の低いところから、温度の高い所へと自然に移動することは、ない。こうして、熱は温度の高いところにあった熱は拡散していく。熱と温度の違いに付いては、詳しくは、物理の高校教科書などを参照していただければ、ふつうは書いてあるので、それらを参照していただきたい。静止した物体での熱の伝わり方には、大きく分ければ、熱伝導と熱放射の二つに分けられる。熱放射熱放射(thermal radiation)とは何か。実は、絶対零度以外の温度を持つ、どの物体も、電磁波を出している。その放射する電磁波が、人間の眼に見えないのは、単に放射電磁波の周波数が、人間の目の可視領域で無いからという理由である。この放射する電磁波は、常温では周波数が低く、赤外線の領域である。高音になるほど、物体の放射電磁波の周波数が高くなり、可視領域へと入っていく。溶鉱炉などで、高温で溶けた金属が光るのは、この放射光によるものである。この放射光もエネルギーを高温側から低温側に輸送する。熱放射は、別名では熱輻射（ねつふくしゃ）とも言う。熱伝導率さて、熱伝導の定義では、以上のような放射光による熱エネルギの輸送とは、区別した別の定義を用いる。熱伝導の定義を説明する。まず、金属塊でも、木材でも何でもいいが、なんらかの固体を想像していただきたい。このような固体の物体に、加熱などで温度差を生じさせると、分子の熱振動によって、物体内部で熱の輸送現象がおこる。この個体内部に対する、高温部から低温部への、熱の輸送を、熱伝導（heat conduction）という。放射は、便宜上、熱伝導としては扱わない。熱伝導と放射とを区別するのは、物理学分野での、そういった定義の決まりなので、読者には、従っていただくしか無い。また、気体や液体などの流体に対しては、対流という温度差によって生じる流れが生じるので、この流体に対する熱の輸送のメカニズムは、熱伝導とは区別する。詳しくは、「熱伝達」に関する項目で解説する。まず、個体内部の温度差に対する熱伝導の仕組みを、数式を用いて定量化しよう。結論から話すと、以下の定義をまずは覚えて頂きたい。 - 熱流束：物体内を移動した熱のエネルギーを、単位面積で割ったもの。記号はqで表すのが一般的。単位は[W/m2] - 温度勾配：材料内の２地点の、温度差を、2地点の距離で割った値。温度差をΔTとして、距離をdとすれば、温度勾配はΔT/dである。単位は[K/m]あるいは[℃/m]である。 - 熱伝導率：熱伝導における、熱流束と温度勾配との比例係数で、熱流束を温度勾配で割った値を熱伝導率（thermal conductivity）という。記号はλが一般。熱伝導率の定義より、 - [W/m2] が成り立つ。そして、熱伝導率λは、実は物性値である。物性値とは、物質の種類によって、値がほとんど決まるという種類の値である。さて、このような一連の定義は、本当に妥当なのか。定義そのものも、妥当性の確認を、実験的になされなければならない。このような熱伝導の公式の提唱と実験は、物理学者のフーリエ達によってなされた。なので、このような歴史的経緯から、上記の式の、は、フーリエの業績をたたえて、フーリエの式、あるいはフーリエの法則（Foulier's Law）と呼ばれる様になった。このフーリエの法則の公式は、熱伝導の基本法則である。固体内の熱伝導については、安心してフーリエの法則の公式を用いて良い。ただし、あくまでも、「固体」内での場合である。流体については、対流現象のため、通常では、フーリエの式は使えないので、間違って流体にフーリエの式を適用しないように注意のこと。フーリエの法則の物理的な意味について、考えよう。まず、仮に読者が熱伝導のフーリエの法則を知らなかったとして、定式化までの再発見の道筋をたどってみよう。熱が一方向のみに伝わるように問題設定したほうが定式化しやすいので、空間内を厚さdの平らで広い壁で遮蔽し、壁の片側を高温に熱して温度にしたとする。壁の向こう側は温度だとしよう。（ > とする。）壁の先の温度の蓄積能力は十分に大きく、熱流による温度変化の影響は微小だとして、壁の温度を時間によらず一定としよう。壁の温度が一定でないと、熱流束が一定にならずに非定常になり解析が複雑になるので、簡単化のための、問題設定の便宜である。フーリエら先人たちは、壁が平らでない場合での熱伝導の定式化も研究しているが、初学者には難解なので、そのような事例は、ここでは考えず、壁は平らとしよう。壁の温度が一定でない、非定常温度の場合もフーリエは数学的解析によって研究しているが、高校レベルを超える難解な計算なので、今回は考えない。さて、温度差があると、熱は高温から低温へと輸送されるのだった。まず２点の温度差をとすると、この温度差に、熱の移動量は比例することになる。しかし、まだ、２点間の壁の厚さによる影響を考慮していないのである。複数個の壁を用意し、厚さの異なる壁を複数個ほど用意したとして、各壁の両側の温度差を同じにして実験をすれば、当然、壁が厚いほど、熱は移動しにくいだろう。は、この条件を満たしている。熱伝達率流体については、温度差によって対流が起こるため、通常の解析では、流体での熱の伝わりの解析にはフーリエの式は使えない。読者に注意するが、間違って、流体に対してフーリエの式を用いてはいけない。では、次に、その流体での熱の伝わりかたの仕組みを考えよう。流体だって、固体と同じように、温度を持ってるし、温度は分子の振動だから、熱伝導は起こる。そして物性値としての熱伝導率を、気体や液体も物質であることに変わりはないから、流体も熱伝導率を持っている。しかし、流体では対流もおこるので、流体内での温度変化が熱伝導によるものか、対流によるものか区別をしづらい。一般の設計実務では、流体での熱の輸送に関する計算では、熱伝導のフーリエの式は用いない。かわりに熱伝達の公式を用いる。まず、高温の温度の壁1番と、低温の温度の壁2番に、流体が挟まれているとしよう。壁の大きさは、両方とも同じとしよう。両方の壁は十分に広く長いとする。簡単のため、流体は密閉されてるとしよう。断熱材と二つの壁で密閉しよう。断熱材は壁は覆わないとする。このとき、流体を通過する熱流束qは - [W/m2] で表せる。ここで比例定数hは、熱伝達率（heat transfer coefficient）もしくは伝熱係数や熱伝達係数などという。hの単位は[W/(m^2・K)]である。熱伝達率を記号hの代わりに記号αで現すこともある。、は流体に接している高温物体の固体の温度と低温物体の固体の温度である。熱伝導の式と異なるところは、厚さに影響しないことである。そもそも対流が起こり、その対流の影響のほうが熱伝導よりも強いので、流体の熱伝達の式には、厚さを含めるのは不合理である。ここで熱伝達率hは、流路の形状や流速や温度差などによって変わる値であり、物性値ではない。流体の物性によっても熱伝達率hの値は変化をするが、しかし物性以外の影響も受けて値が変化するので熱伝達率hは物性値ではない。このhの値の決め方は、装置ごとに実験による測定によって決める。文献などを見れば、様々な条件での熱伝達率の測定結果の値が載っていたり、実験式が載っている場合があるが、その値や実験式は設計用の参考値であり、設計者にとっては推定値である。最終的に熱伝達率を正確に決定する際には、装置ごとに熱伝達率を実験で確認する必要がある。熱通過率熱伝導や熱伝達など、熱の移動を総称して、熱通過という。熱伝導を行う固体と、熱伝達を行う流体とを統一的に扱えるように、熱輸送の概念が定義される。熱伝導の公式も熱伝達の公式も、両方とも、温度差qによって熱流束が発生することには変わらないので、以下のようにして、熱輸送率kの定義式が、温度と温度の2点に対して定義される。 - [W/m2] 式の形は、熱伝達と類似してるが、熱輸送率の場合は、熱を伝えるものが固体か流体かは問わない。同様に、熱を伝える仕組みが熱伝導か熱輸送かを、熱輸送率の場合は、問わない。たとえば、平板に対して、熱輸送率を定義した場合、平板の熱輸送率kは、熱伝導率をλ、平板の厚さをdとすれば、平板の熱輸送率kは、となる。複数の壁を重ねた場合の熱通過率複数の壁を重ねた場合の熱通過率を考えよう。（「熱伝導」ではなく、「熱通過」率としたのには、このほうが計算がしやすくなるという理由があるため。）まず、壁が2枚だとして、厚さ、熱伝導率の平らな壁1番に、厚さ、熱伝導率の平らな壁2番を隙間なく重ねて、接触させたとしようたとしよう。壁1番と壁2番の接合面の温度はとしよう。この両壁の接合部の温度は未知数である。そうすると、壁1番を通過した熱流束qは、すべて壁2番を通ると考えることができるので以下の式になる。である。そして、求めたい複数の壁を重ねた場合の熱通過率は、である。まず、各壁の熱伝導率の式を、熱通過率の式に変換したほうが、計算しやすいので、変換しよう。すると以下の式になる。次のようにして、熱流束を、熱伝達率で割って、右辺を温度だけの式にする。 2式を足し合わせれば、未知数が消える。これよりそして、q/(T_1-T_2)が、両壁を合成した熱通過率kなので、である。各壁の熱通過率を、壁1番の熱通過率と、壁2番の熱通過率とすると、合成した熱通過率を以下の形に書ける。これより、である。熱伝導を行う平板が、熱伝達を行う流体に挟まれてる場合この場合の、熱輸送率の求め方も、同様に、熱流束の式を立てて連立方程式で計算すればいい。結果を言うと、合成の越通過率をkとして、壁の高温側の流体の熱伝達率を、壁の厚さをdとして、壁の熱伝導率をλ、壁の低温側の熱伝達率をとすると、（温度の変数は、計算の過程で消える。）になる。右辺のd/λが、一項だけ他の項と違い変わって見えるかもしれないが、この項については、壁の熱輸送率をとすれば、だから、とも書ける。一般には、の式が、流体に挟まれた平板壁の合成の熱輸送率の公式として使われる。
null	null	高等学校工業原動機/送風機と圧縮機気体を吸込み、吸込んだ気体を圧力を上昇させて、吐出し口から吐出す機械が、送風機および圧縮機である。送風機と圧縮機の違いは、圧力の上昇値の違いで分類される。送風機と圧縮機の境目は、100kPaの圧力上昇が境目である。100kPa以下の圧力上昇値のものを送風機と言う。100kPa以上の圧力上昇値のものを圧縮機（compressor）という。送風機の中で、圧力上昇が10kPa以下のものをファン（fan）と言い、圧力上昇が10kPa～100kPaのものをブロワ（blower）という。つまり、まとめると、以下のようになる。 - 送風機:圧力上昇が100kPa以下 - ファン:圧力上昇が10kPa以下 - ブロワ:圧力上昇が10kPa～100kPa以下 - 圧縮機:圧力上昇が100kPa以上送風機、圧縮機ともにターボ型と容積型がある。羽根の向きの分類羽根が取り付いた状態のときに、羽根の向きを羽根の内側から外側へと見たときの向きが、回転方向と同じ方向を向くのを、前向き羽根という。羽根が半径方向を向いているのを、径向き羽根という。羽根の向きが、内側から外側へと見たときに、回転方向と反対向きになる羽根を後ろ向き羽根という。軸流式軸流送風機軸流送風機（axial fan）とは、吸い込みは軸方向に吸込み、吐き出しは軸方向に吐出す送風機である。原理や構造は軸流ポンプと類似している。羽根車の形状は、プロペラファンなどが多い。低圧で大容量である。小型のものは、家庭用の台所や居間などにある換気扇などで用いられることが多い。冷房で用いられることのある、扇風機で見かけることの多いプロペラ式の扇風機は、たいていは軸流式送風機の一種である。軸流圧縮機軸流圧縮機（axial compresser）は、多段にすることで圧縮性能を高めている。多段化する場合は、原理的には、軸方向に羽根車を増設すれば済むので、多段化がしやすい。動翼と静翼が、交互に配置している。静翼の羽根の向きは、動翼とは反対向きである。固定翼の逆向きの羽根の目的は、動翼による気体の速度を圧力へと変換する目的と、動翼による流れの旋回を軸方向へと整流する目的である。出口に近づくほど羽根を太くするなどして、流路を狭めていく事によって、圧縮性能を高めている。ガスタービン、ジェットエンジンなどの分野に多様されている。遠心式遠心型送風機 - 多翼送風機（multiblade fan）あるいはシロッコファン（sirocco fan）羽根は、軸方向に長く半径方向に短い羽根を多数、備え付けている。この羽根は前向き羽根である。低圧で大風量である。 - ラジアルファンラジアル型では、羽根が半径方向に向いた径向き羽根であり、平板の羽根が、軸中心から放射上に付いている。 - ターボファン後ろ向き羽根の送風機のこと。効率が良い。容積式回転式 - 二葉ブロワ二葉ブロワ（two lobe blower）は、ケーシング内に、まゆ形の2個の回転子が取り付けられている。回転子が回ることで、密閉空間が移り行くので、それを利用して、気体を吐出す方式である。ルーツブロワ（roots blower）とも呼ばれる。ケーシングと各ロータとの間には隙間が設けてあり、ロータ同士の間にも隙間がある。このため、羽根の磨耗防止のための潤滑油が不要になる。（軸受の潤滑など、他の用途の潤滑は必要。）用途は、油による汚染を嫌う用途で用いられることが多い。 - ベーン圧縮機ベーン圧縮機（vane compressor）は、ベーンポンプと類似の原理の圧縮機である。一般にロータがケーシング内に偏心して置かれており、ロータにはベーン羽根を納めるための溝が多く、つけられており、スプリングによりベーンがケーシングへと押し付けられて密閉を行い。ロータの回転とともにベーンも回転して、気体を吐出し口へと圧送する圧縮機である。ベーンとケーシングが接触する摺動面には、潤滑油による潤滑が必要である。 - ねじ圧縮機ねじ圧縮機（screw compressor）は1対をなす、2個のロータがある。ロータの向きは同じ向きである。それぞれ雄ロータと雌ロータと呼ばれる。2個のロータが、歯間に気体をはさみ、回転とともに、吐出し口へと圧送する。給油式のものと、無給油式のものがある。給油式は、2個のロータが接触し、油で潤滑および密封をさせる方式のものである。圧縮性能は、給油式のほうが高い。往復圧縮機 - レシプロ圧縮機原理は、ピストン式の容積ポンプと類似している。シリンダ内を往復するピストンによって、直接、圧縮をするので、さまざまな気体が圧縮できる。また、圧縮比を高く、とれる。圧縮された気体は、吐き出し弁を通って吐出される。冷凍機用の圧縮機として、用いられることがある。運転低流量のときにおこりやすい振動現象のサージングは、圧縮機や送風機でも同様に発生するので注意が必要である。起動時や停止時の弁の状態についても、注意が必要である。詳しくは、各製品の製品カタログや、作業手順書などで確認のこと。
null	null	加筆・訂正を行ってくれる協力者をお待ちしています。この内容は暫定的な物です。 - 土木材料 - 高等学校工業土木施工/コンクリート材料 (2016-08-26) - 高等学校工業土木施工/コンクリートの性質 (2016-08-26) （フレッシュコンクリート、スランプ試験、ブリーディング、硬化したコンクリート、圧縮強度） - 高等学校工業土木施工/コンクリートの配合参考指導要領では次のように教育内容を定めてます。目次 - 土木材料 - 土木材料の基礎 - 土木材料の性質と利用 - 土木材料としての土の利用 - 施工技術 - 土工 - コンクリート工 - 基礎工 - 舗装工 - トンネル工 - 土木工事管理 - 工事管理の計画 - 工程管理と品質管理 - 入札 - 建設マネジメント - 工事用機械と電気設備 - 工事用機械 - 工事用電気設備 - 土木施工に関する法規
null	null	高等学校工業土木施工/コンクリートの性質 - フレッシュコンクリートコンクリートをつくるため、セメントなどのコンクリート原料に水などを加えて練り混ぜてから、まだ固まらない状態のコンクリートをフレッシュコンクリート（fresh concrete）という。フレッシュコンクリートの性質フレッシュコンクリートは、ある程度やわらかいほうが作業しやすいが、あまりにもやわらかすぎると、作業しづらくなる。むしろ、ある程度は、変形や流動などの力が加えられたときに対してフレッシュコンクリートが抵抗できないと、作業中に目的の形状を保持できず、作業しづらい。（このように、コンクリートが力に抵抗する程度について、どのていど目的の形を保てるかという性質をコンシステンシー（consistency）という。）スランプ試験フレッシュコンクリートのコンシステンシーを知るための試験として、スランプ試験がある。（※ 実教出版の『土木施行』の教科書では「スランプ試験」の用語は範囲外だが、普通の土木工学書の土木材料の書籍を読めば書いてある名称なので、覚えておこう。）スランプ試験は、上図「スランプ試験」の説明のように、円錐状のコーンに入れたコンクリートを用意して、そのコーンを真上に引き上げると、コンクリートがくずれて高さが下がるので、どのくらい高さが下がったかを調べる試験である。スランプ（slump）とは、上図のように、スランプ試験をしたときの、さがり具合、または、この現象のことである。スランプ試験を行う際、コーンを引き上げようとする際、コーンの高さが30cmなので、コーンを引き上げるときは30cm以上まっすぐ上にコーンを引き上げる事になる。そして、コーンを引き上げて、コンクリートの高さがどのくらい下がったかの値がスランプ値である。スランプ値を測るときは0.5cm単位で測定する。スランプ値の程度を伝えるときは、ふつう、cm単位で「スランプ◯◯cm」というふうに言う。また、スランプ値のことを「スランプ」ともいう。なお、スランプ試験に使うコーン、あの高さ30cmのコーンを「スランプコーン」という。※ 実教出版の『土木施行』の教科書では「スランプコーン」の用語は範囲外だが、普通の土木工学書の土木材料の書籍を読めば書いてある名称なので、覚えておこう。）スランプ値が高すぎると、目的の形状を保てなくなるので、望ましいスランプ値の大きさとは、作業が可能な範囲で、スランプ値はなるべく小さいほうがいい。 - ※ 右図「スランプの標準値」のスランプ値は、実教出版『土木施行』（検定教科書）より引用。なお、土木学会編「コンクリート標準示方書（施工編）」からの孫引き。標準的なスランプの値は、だいたい3〜12cmである。AE剤（Air Entraining Agent：空気連行剤）を用いる場合は、だいたい 8〜18cmていどまでのスランプ値が標準である。（※ 参考文献: コロナ社『土木材料学』、中村聖三・奥松俊博共著、2014年初版、37ページの表2.4「スランプの標準値」より、無金コンクリートおよび鉄筋コンクリートのスランプ値を参照。）空気の量コンクリート中に必要な空気の量は、およそ3〜6％である。空気量が多すぎると強度の低下をまねくので、適切な値にする必要がある。空気量の測定には、空気室圧力方式が、よく用いられる。材料の分離 - ブリーディングコンクリートの凝固・硬化につれ、水が上に上昇してきて、その結果、上表面には水やセメントの微粉が集まる。このような現象をブリーディング（bleeding）という。水は比重が小さいので上昇してくるのである。 - レイタンスブリーディングによって集まったセメント粉末などの微粒子が、水の蒸発後には、微粒子からなる層を形成する。この表面の微粒子からなる層をレイタンス（laitance）という。コンクリートを継ぎ足す際、レイタンスは付着力を下げるので、継ぎ足す前にレイタンスを削りとって除去する必要がある。硬化したコンクリートの性質 ※ 圧縮試験の写真がウィキにないので、検定教科書を参照せよ。
null	null	高等学校工業土木施工/コンクリート材料コンクリート材料コンクリート（concrete）は、セメントに、砂利、砂、水をくわえて、固めた物である。なお、コンクリート材料にふくまれる砂利のうち、5mm以下の砂利を細骨材（さいこつざい）といい、5mm以上の砂利を粗骨材（そこつざい）という。5mmふるいをつかって、細骨材と粗骨材とを区別する。（※ 詳しくは、のちの節で説明する。）また、必要に応じて、固化のぐあいを調節したり、コンクリートの性能を向上させるなどの目的で、あらかじめ混和材料（こんわざいりょう）が、コンクリート施設のさいのセメントの練り混ぜのさいに加えられている。まとめると、 - コンクリートとは、セメントに、細骨材、粗骨材、必要に応じて混和剤を材料として、水を加えて固めたものである。セメント建築用のセメント（cement）は、原料に、石灰石、粘土、鉄、セッコウなどを含んでいる。セメント製造のとき、これらの原料のまざった粉末と砂利がまざったものが高熱で処理され、酸化カルシウム CaO などをふくむ粉末と砂利のまざった物になる。この、製造時に高熱で処理する工程を焼成（しょうせい）という。 - ※ セメントは粉末だけでなく、砂利もまざってる事に注目しよう。このように焼成されて、セメントになる。セメントの主成分とその成分比（質量比）は、普通ポルトランドセントの場合、酸化カルシウム CaO が成分中で約60%（質量比）ともっとも多く、つづいて二酸化ケイ素 SiO2 が約20％、酸化アルミニウム Al2O3 が6〜8％ていど、酸化鉄 Fe2O3 などである。焼成によって、ケイ酸3カルシウム（3CaO・SiO2）や、ケイ酸2カルシウム（2CaO・SiO2）、アルミン酸3カルシウム（3CaO・Al2O3）、鉄アルミン酸4カルシウム（4CaO・Al2O3・Fe2O3）などの化合物が発生する。 - ※ 上表の数値は、実教出版『土木施行』（検定教科書）より引用。セメント協会「セメントの常識」からの孫引き。ポルトランドセメントには、普通ポルトランドセメントの他にも、早強ポルトランドセメントや超早強ポルトランドセメントなど、いろいろと種類がある。 JIS R 5210 などにポルトランドセメントの種類が定められている。なお「ポルトランド」とは、イギリスのポートランド島が由来である。ポートランド島から産出した石灰岩と、セメント硬化後の色が似ていたので、ポルトランドセメントという名前がついた。セメントは、水をくわえると、発熱しながら、やがて硬化する。このセメントと水との化学反応を水和作用（すいわさよう、hydration）あるいは水和反応（すいわはんのう）という。 ※ 実教出版の高校教科書『土木施行』では「水和作用」という用語が使用されてる。オーム社『大学土木土木材料』では「水和反応」という用語が使用されてる。そして、水を加えられたセメントは、水和しながら発熱し、しだいに固まっていく。このように、水を加えられたセメントが、水和して発熱して固まっていく反応を凝結（ぎょうけつ、set）という。また、このような凝結反応によりセメントが硬くなること、または硬くなったことを、セメント（またはコンクリート）の硬化（こうか）という。早強ポルトランドセメントや超早強ポルトランドセメントは、工期を短縮したい場合に使われる場合がある。他の場合として、寒中工事でも早強ポルトランドセメントが用いられる。なお、早強ポルトランドセメントや超早強ポルトランドセメントは、水和熱が大きい。中庸熱ポルトランドセメント（ちゅうようねつポルトランドセメント）とは、水和熱をおさえた配合のポルトランドセメントであり、ダムなどの大型建造物に用いられる。低熱ポルトランドセメントは、中庸熱ポルトランドセメントよりもさらに水和熱が低い。耐硫酸塩ポルトランドセメントとは、地域によっては土壌に硫酸塩が含まれたりしているので、硫酸塩への抵抗性の高い配合になっているポルトランドセメントである。骨材骨材の分類細骨材（さいこつざい、fine aggregate）とは、10mmふるいを全部とおり、5mmふるいを質量比で85％以上、通過する骨材のこと。粗骨材（そこつざい、coarse aggregate）とは、質量比で85％以上とどまる骨材のこと。 ※ 5mmふるいを基準として考えよう。骨材としては、川砂利が良質であることが古くから知られているが、近年は産出量が減少してきてるので、かわりに山や海からの砂を利用する場合も多い。なお、海砂（うみずな）を使う場合、塩害に注意する必要がある。骨材の含水状態骨材は、その含水の状態によって、上図「骨材の含水状態」のように分類される。一般に、セメントの配合を計算するために骨材の密度を考える場合には、骨材の密度には表面乾燥状態（saturated surface dry condition）の密度が用いられる。表面乾燥状体とは、骨材の表面には水がなく、骨材の内部の空洞は水で飽水している状態である。一般にコンクリート骨材の密度は、細骨材も粗骨材も、おおよそ 2.50×103 〜2.70×103 kg/m3 の密度である。絶対乾燥状態とは、骨材に、表面に水はなく、内部に空隙にも水がない、いっさい水がない状態の骨材の状態のことである。現実には、100℃〜110℃の炉で24時間ていど乾燥させた状態の骨材を、絶対乾燥状態としている（※ 参考文献: オーム社『大学土木土木材料』、町田篤彦編、）。さて、つぎに吸水率（きゅうすいりつ）を定義する。まず、上図のように、吸水量は、表面乾燥質量から絶対乾燥質量を引いた値である。つまり、 - 吸水量＝表面乾燥質量ー絶対乾燥質量である。そして、絶対乾燥状態から表面飽和水状態になるまでの吸水量を、絶対乾燥状態の密度で除算した量をパーセントであらわしたのを吸水率という。つまり - 吸水率＝ {（表面乾燥質量ー絶対乾燥質量）/ 絶対乾燥質量 } × 100 である。一般に、吸水率は、骨材密度と反比例する。つまり、密度の大きな骨材は、ふつう、吸水率が小さい。一般に細骨材の吸水率は1〜5％のていどである。 - （※ 編集者へ: チャップマンフラスコについて記述してください。）混和材料混和材料（こんわざいりょう）とは、セメント、水、骨材の他で、打ち込みの前のコンクリート配合や練り混ぜの際などに、必要に応じて、固化のスピードや固化のぐあいを調節するなどの目的で、加えられる材料である。混和材料のうち、薬品的に少量添加されるだけのものを混和剤（こんわざい）という。いっぽう、混和材料のうち、追加量の大きいものを混和材（こんわざい）といい、混和剤とは区別する。コンクリートの配合における容積計算のさい、混和剤の容積は、その使用料が少ないため、無視される。いっぽう、混和材は、コンクリートの配合計算の際、混和材の容積を考慮する必要がある。混和材 - フライアッシュ混和材として、フライアッシュなどがある。フライアッシュ（fly ash）は、火力発電所で発生する排ガスにふくまれる灰を集塵器で集めたものである。フライアッシュを加えることで練り混ぜのさいの流動性が増し、また、使用する水量を減らせ、また、長期強度が増大する。フライアッシュの主成分はケイ酸化合物などであり、これがセメントと水と加わると、セメントにふくまれる水酸化カルシウム Ca(OH)2 と反応し、化合物を生じる。また、このような反応をポゾラン（pozzolan）反応という。フライアッシュによってセメントの流動性が増す理由は、このポゾラン反応によって生じた化合物によるものだろうと一般に考えられている。 - 高炉スラグ混和剤 - AE剤 AE剤（air entraind agent）は、練り混ぜ中のセメント中にもともと存在する大きめの気泡を、微小で独立した気泡にさせる。 ※ オーム社『大学土木土木材料』（町田篤彦編）によると、AE剤は界面活性剤の一種であり、この界面活性の作用によって、気泡を微小化させてるらしい。また、こうしてAE剤で生じた気泡をエントレインドエア（entraind air）という。 AE剤によって生じた微細気泡によって、ワーカビリティーがよくなる。また、水の凍結の際、凍結による応力・圧力を気泡が吸収・緩衝（かんしょう）するので、凍結への抵抗性が向上する。一方、AE剤によってコンクリート中の空気量が増えれば、そのぶん圧縮強度は低下する。 - 減水剤減水剤は、セメントの粒子を打ち込み前のコンクリートに分散させる目的で加える。その仕組みは、イオンによる静電反発である。減水剤は、セメントの粒子に接着しやすい物質であり、なおかつイオンを帯びた物質なので、セメント粒子を静電気で分散させているのである。じっさいには、減水剤の化学的な仕組みは、たいてい、界面活性剤のうち、電荷をもった部分をもつという仕組みである。（※参考文献: オーム社『大学土木土木材料』、町田篤彦編、）このような、電荷反発による分散の作用により、使用する水量が減らせるので、減水剤という。コンクリート用水セメントおよびコンクリートの練り混ぜにふさわしい水としては、ふつうの場合、一般の上水道の飲料水・水道水が、コンクリート用水として使用可能である（※ 参考文献: コロナ社『土木材料学』、中村聖三・奥松俊博共著、）。海水は塩分が悪影響を与えるので、海水のコンクリート用水としての使用はダメである。セメントの管理セメントは、空気中の水分により、しだいに風化して、性能が劣化する。セメントが風化すると、凝結が遅れる。このため、セメントの貯蔵庫として、防湿性の良い場所でセメント袋に入れて、セメントを保存する必要がある。また、セメント入手後は、なるべく早くセメントを使い切る必要がある。このため、そのセメントの入荷日が分かるように管理する必要がある（※参考文献: オーム社『ハンディブック土木』）。
null	null	高等学校工業土木構造設計加筆・訂正を行ってくれる協力者をお待ちしています。この内容は暫定的な物です。指導要領では次のように教育内容を定めてます。章や節のページ名の命名での混乱を回避するため、各項目のページ名は、指導要領の表現に準拠した名称に統一したいと思います。鋼構造の設計 - 鋼構造の設計の基礎 - Ｈビームの設計 - プレートガーダーの設計鉄筋コンクリート構造物の設計 - 鉄筋コンクリート構造物の設計の基礎 - はり構造の設計 - 柱構造の設計 - プレストレストコンクリート構造物の設計基礎・土留め構造物の設計 - 杭基礎の設計 - 直接基礎の設計 - 土留め構造物の設計
null	null	加筆・訂正を行ってくれる協力者をお待ちしています。この内容は暫定的な物です。指導要領では次のように教育内容を定めてます。章や節のページ名の命名での混乱を回避するため、各項目のページ名は、指導要領の表現に準拠した名称に統一したいと思います。進捗状況の凡例目次 - 工業材料の開発の歴史 - 工業材料の性質 (2013-09-04) - 化学結合と結晶構造 - 機械的性質 - 物理・化学的性質 - 状態図と結晶組織 - 材料の試験と検査 (2013-09-04) - 機械的性質の試験 - 組織観察 - 構造用材料 (2013-09-04) - 鋼と鋳鉄 - 軽金属材料 - 構造用セラミックス - エンジニアリングプラスチック - 構造用複合材料 - 機能性材料 - 電磁気材料 - 音響・光学材料 - エネルギー変換材料 - センサ材料 - 環境と材料 - 工業材料と安全 - リサイクル技術
null	null	高等学校工業工業材料/工業材料の性質このテキストは書きかけです。加筆・訂正を行ってくれる協力者をお待ちしています。化学結合と結晶構造機械的性質 - 硬さ硬さ（かたさ、hardness）とは、材料が異物によって変形や傷を与えられようとする時の、物体の変形しにくさ、物体の傷つきにくさである。工業的に硬さを試験する方法を硬さ試験法（かたさしけんほう）と呼ぶ。 - 展性および延性展性（てんせい、malleability）とは、圧縮力などによって素材を板状に加工しようとする際に、素材が破断せずに薄い板に広げることが出来る性質である。塑性（そせい）の一種でもある。延性（えんせい、ductility）とは、引っ張り力などの外力によって素材を細く引き伸ばせる性質である。塑性の一種でもある。延性の例は、ゴムである。金属でいうと、軟鋼、アルミ合金、銅合金が延性に富んだ材料である。延性に富む材料が必ずしも展性に富むとは限らない。 - じん性外力の方向は特にかぎらず塑性加工をする際、圧縮や引っ張りなどの方向に限らない場合の、塑性加工をする際の破断や破壊のしにくさを、じん性（じんせい、toughness）という。粘り強さとも言われる。じん性には延性や展性も必要になる。物理・化学的性質 - 電気伝導率金属は電気を伝えやすい。電気の伝えやすさを表す物性値として、電気伝導率（「でんきでんどうりつ」、導電率とも言う、electrical conductivity）は以下のように定義される。単位は、毎オーム毎メートル [Ω-1・m-1] またはジーメンス毎メートル [S/m] である。電気伝導率σは次の式で定義される。 j は電流密度、σは電気伝導率、E は電場（電界）である。このため、電気伝導率σは電気抵抗率ρの逆数になり、の関係式が成り立つ。一般に、金属結合の場合は、導電率の高い物質は熱伝導率も大きい。また、金属の場合、温度Tが高くなるほど抵抗率ρが高くなる。ただし、半導体の場合は温度が高くなるほど導電率が高くなる。これは半導体回路の熱暴走の原因にもなる。 - 熱伝導率熱の伝わる度合いのことを熱伝導率という。金属は熱伝導率が高い。中でも銀Agが最も高く、Cu、Au、Al、などがこれに次いでいる。 - 膨張率いっぽう、一般に物体は温度が上がると、わずかだが体積が大きくなることが知られており、温度上昇で大きくなる度合いのことを膨張率（ぼうちょうりつ）という。温度が1[℃]（あるいは1[K]）上昇するに連れて体積の増加する割合を体膨張率という。長さが、温度の1℃増加あたりに、長さの膨張する割合を線膨張率という。線膨張率はプラスチックが最も高い。線膨張率をαとして、長さをL、加熱後の長さの変化量をΔL、加熱後の温度上昇をΔTとすると、定義よりの関係式が成り立つ。膨張量が小さい場合の近似式として、線膨張率αと体積膨張率βとの間に、以下の近似式が知られている。 - 導出導出は、物体の体積をV、その変化量をΔVとすると、およびの関係より、さらに、近似式により、両辺から1を引き、この問題設定では体積膨張率βが、であり、線膨張率αがなので、結局はとなる。（以上、導出。）熱伝導率は、原子間の結合の強さで決まる物性値なので、材料の融点と相関がある。なお、熱膨張率の異なる材料を組合せて使う場合、温度変化による熱膨張率の違いから、熱応力と呼ばれる内部負荷が生じる。この熱応力により、材料にクラックなどが入って壊れることがあり、様々なものの故障原因のひとつとなっている。 - ヴィーデマン＝フランツ則（Wiedemann-Franz law）金属の熱伝導率κと、電気伝導率σの比が、温度Tに比例することが多いことが知られている。すなわち金属の熱伝導率κ[W・m-1・K-1]と電気伝導率σ[Ω-1・m-1]との比は、絶対温度T[K]に対して、である。ここで比例定数Lはローレンツ数とよばれる定数であり、単位は[]である。金属の場合、熱伝導と電気伝導の両方の大部分を自由電子が担うので、この関係が成り立っている。 - 磁性磁性（じせい、magnetism）とは、物質が原子レベルで磁場に反応する性質であり、他の物質に対して引力や斥力を及ぼす性質である。永久磁石のように、自ら持続的な磁場を生み出し得る物質は強磁性（きょうじせい）を持つ。持続的では無いが、物質が磁場に引き付けられる場合を常磁性（じょうじせい、paramagnetism）といい、磁場に反発する場合を反磁性（はんじせい、diamagnetism）という。磁石などにも使われる強磁性物質としては、ニッケルNi、鉄Fe、コバルトCo、およびそれらの合金がある。常磁性は、外部磁場が無いときには磁化を持たず、磁場を印加するとその方向に弱く磁化する磁性を指す。反磁性とは、磁場をかけたとき、物質が磁場の逆向きに磁化され（＝負の磁化率）、磁石に反発する方向に生ずる磁性のことである。反磁性体は自発磁化をもたず、磁場をかけた場合にのみ反磁性の性質が表れる。 - 磁化率常磁性の物質の磁化率（帯磁率）χは、Mを物質の磁化、Hを外部磁場とすると、定義より、である。では、物質の内部の磁化を、どのように外部の測定機器から測定するのだろうか。原理的には、次のような原理で測定する。材料に穴を開ける。この穴は、十分に短いとする。単磁極が存在しない以上、通常の物質で磁束は消滅しないから、磁束の連続性が成り立つ。穴が短いので、ほとんど外部に磁束はもれない。したがって、その穴の磁場は材料内部の磁場に近いものと考える。その穴に測定機器を差し込む。もっとも、実用上では、電気回路でのコイルの相互誘導現象を用いて、相互リアクタンスから求めた実効透磁率（じっこうとうじりつ）を、そのまま透磁率としても用いることが多い。磁化率（帯磁率）χは温度T[K]に反比例する。これをキュリーの法則（Curie's law）と呼ぶ。比例定数Cはキュリー定数（Curie constant）と呼ばれる。 - 磁性材料の分類磁性材料を分類すると、いわゆる永久磁石である硬磁性材料（hard magnetic material）と、電磁石コイルの鉄芯などに用いられる軟磁性材料（soft magnetic material）がある。状態図と結晶組織結晶構造金属・合金の結晶構造合金について、これから考える。まず、結晶構造について考える。なお読者の想定知識として、すでに原子や分子の高校化学での定義や、体心立方格子や面心立方格子については、読者は知っているとして説明を進める。知らない場合は高校化学についての書籍などを参照して頂きたい。 - 合金合金（ごうきん、alloy）とは、1種類以上の金属に別の元素を、望ましい性質を得る目的で意図的に添加し、材料同士の融合が分子ほどの大きさで考えた場合に、ほぼ材料均一に混和して出来たものである。合金のイメージとしては青銅や炭素鋼を考えれば良い。合金でないものの例を挙げる。 - 鉄鉱石などのような自然物は、たとえ金属が含まれていても、通常は「合金」とは呼ばない。 - 単に鉄板に溶接で、銅などの異金属を溶接したものは「合金」とは呼ばない。 - 鉄粉や銅粉やアルミニウム粉などを混合したものは、「合金」とは呼ばない。 - 高純度の金属を得ようとしたが精製が不完全な結果、異物が混合してる金属材料も合金とは呼ばない。一般にある溶解した金属に別の元素を添加して固化すると、たとえ金属であっても溶解限度までは元の金属の中に溶解する。このような材料を「固溶体」（こようたい）という。固溶体合金などのように固体の結晶中に異なる元素や化合物を混合させていて、しかも化合物を作っていない物の相を固溶体（こようたい、solid solution）という。具体的な材料をあげれば、炭素鋼や黄銅・青銅など、各種の合金も固溶体である。（説明のため、常温・常圧の条件下での話をする。たいていの金属は、常温では固体であり、液体ではない。）このように固体の2種類以上の原子、分子が混合しているものを固溶体という。合金も一般的に固溶体の一種として分類される。（なお、地球科学や岩石学などでも固溶体はでてくる。複数の鉱物成分が固溶している岩石も固溶体である。）金属を含む固溶体の例をあげれば、たとえば、青銅Cu-Sn系合金）や黄銅（Cu-Zn系合金）、炭素鋼なども固溶体である。 - 固溶体の分類溶解の仕方によって、侵入型固溶体と置換型固溶体とに別れる。（図の白丸が溶媒原子、黒丸が溶質原子）侵入型固溶体（しんにゅうがたこようたい）は、溶質原子が溶媒原子の結晶構造のすき間に侵入する固溶体である。したがって、溶質原子の大きさが溶媒原子の大きさに比べて著しく小さい場合に出来やすい。具体例は、炭素鋼が、侵入型固溶体の例として、よく挙げられる。置換型固溶体（ちかんがたこようたい）は、溶質原子と溶媒原子の原子の大きさに違いがない場合に出来やすい。具体例は、黄銅が、置換型固溶体の例として、よく挙げられる。 - （※ 東京書籍の高校科学の資料集などでは「侵入型合金」「置換型合金」という用語を使う場合もある。「侵入型合金」の意味は、侵入型固溶体で、固溶元素のひとつが金属の場合である。「置換型合金」の意味は、置換型固溶体で、固溶元素のひとつが金属の場合である。）一般に侵入型、置換型にかかわらず以下の性質が成り立つ。 - 析出をしない限り、固溶によって金属は硬化をする。 - 固溶によって電気抵抗Rは上昇する。（電気抵抗率の上昇を、「導電率がさがる」ともいう。導電率は抵抗率の逆数である。） - （※ 範囲外:）固溶体の理論とは異なるが、準結晶（ダニエル・シェヒトマンが2011年のノーベル化学賞）も電気抵抗が高く、普通の金属の数万倍もの抵抗をもつと言われる。固溶体の電気抵抗の上昇と、もしかしたら何か関係があるかも？また、固溶体と準結晶のことを合わせ論理的帰結として、固溶体において電気抵抗の高まる原因は、おそらく原子配列の並進対称の結晶構造が乱れるから、とみて、ほぼ間違いないだろうと思われるだろう（参考文献などは無く、保証は無い）。 - （※ 範囲外:）高校で習う固溶体の理論の場合、おそらく説明の簡略化のためか、準結晶やアモルファス合金など、特殊な結晶配列の金属合金は除外されている。 - 侵入型固溶体侵入型固溶体について説明するため、鋼（こう、steel）について説明する。炭素鋼は、侵入型固溶体の代表例でもある。 - 炭素鋼鉄Feに炭素Cを混ぜこませたものを炭素鋼（たんそこう）という。炭素鋼の製法の大まかな原理は、製鉄を行うときに木炭などと反応させて炭素を混合させる。工業的には炭素濃度が0．02％以上2．1％以下の程度のものを炭素鋼という。ある濃度までなら鋼中の炭素濃度が高くなるほど鋼は硬くなり、電気抵抗も上昇する。 - 固溶限具体的に炭素鋼を例に上げて説明する。室温では炭素濃度がある濃度を超えると、固溶しきれなくなった炭素Cが鉄Feと反応してというセメンタイトと呼ばれる化合物が析出するか、または炭素Cが単体として析出する。固溶できる濃度の限界を固溶限（こようげん）という。固溶限よりも低い濃度の範囲では析出しない。この固溶限以上に他元素を添加すると、しばしば化合物ができる。けっして、固溶している炭素原子Cは、鉄Feと化学反応をして「化合している」のではない。なぜなら、固溶限の以内なら濃度を増減できることから、つまり組成比が一定でないからである。そうだとすると、化合物だと考えるのは困難であろう。また、もし仮に固溶体を化合物と考えると、固溶限以上で析出することも説明しづらい。なお、一般的に固溶限は温度によっても変わる。 - 侵入型固溶体の結晶構造炭素鋼の結晶構造はどうなっているのか。答えは、ほぼ規則的な、原子半径の大きい鉄Feの結晶格子の間に、鉄よりも原子半径の小さい炭素Cの原子が侵入している、と考えるべきである。このように1種類の個体の結晶のすきまに、ほかの元素あるいは化合物が侵入してきた固溶体を侵入型固溶体（しんにゅうがたこようたい）という。侵入型固溶体は、溶媒に相当する結晶を作る側の原子半径が大きいほど、できやすい。また溶質に相当する侵入する側の原子の大きさが小さいほど、できやすい。 - 置換型固溶体固溶体の結晶中の結晶格子の元素が、異なる元素に置き換わっている固溶体を置換型固溶体（ちかんがたこようたい）という。置換型は侵入型とは別の結晶構造である。一般に金属元素どうしで固溶体を作るとき場合に、置換型固溶体になる。具体的に、銅合金の黄銅で説明する。銅Cuと亜鉛Znの合金を黄銅（おうどう）という。銅Cuと亜鉛Znの重量濃度比を7：3で混合させたものを七三黄銅（しちさんおうどう）という。濃度比6：4のものを六四黄銅（ろくよんおうどう）という。周期表では銅Cuと亜鉛Znは元素番号が近いことからわかるように原子半径が近い。なので、結晶構造は、けっして侵入型ではない。けっして、一方の結晶格子中にもう一方の元素が侵入したとは考えにくい。したがって侵入型固溶体とは別の結晶構造が必要になる。黄銅では銅Cuと亜鉛Znがともに結晶構造を作っていると考えたほうがよい。両元素とも単体では結晶が面心立方構造である。なので、合金である黄銅もそれに近い構造をしている。だとすると銅Cuの結晶格子の一部分が亜鉛Znに置き換わっていると考えられる。このように結晶中の結晶格子の元素が異なる元素に置き換わっている固溶体を置換型固溶体（ちかんがたこようたい）という。黄銅は、銅や亜鉛の単体よりも硬い。黄銅は合金を作ることによって、もとの元素より硬化する。銅Cuは金属元素の中ではやわらかく、延性が3番目に延性が高い。（金Au、銀Agについで、銅Cuが三番目。）また亜鉛Znも黄銅より、やわらかい。しかし黄銅は、これ等の単体の状態よりも硬い。つまり黄銅では合金を作ることによって、もとの元素より硬化したことになる。 - 化合物と固溶体との相違間違えてほしくないのは、固溶体は、いわゆる化合物ではない。（書籍によっては、固溶体を化学変化の一形態とみなす場合もあるが、本書では区別する。）固溶体における侵入原子と結晶原子は、液体のおける溶質と溶媒に対応する。よって、固溶体でも、「溶質原子」、「溶媒原子」のような表現をする場合もある。 - ※ ただし、名前が似ていて混同しやすいので、混同をふせぐために別の呼び方をする場合もある。たとえば、炭素鋼（Fe-C系）なら、Feを「母体金属」と呼ぶ場合もある。（※ 科目『機械工作』で、炭素鋼（Fe-C系）のFeや銅合金（Cu-SnまたはCu-Zn）のCuを、実教出版の教科書では「母体金属」と呼んでいる。）固溶体以外の重要知識 - 非晶質金属一般に金属は結晶体であるが、ある種の合金では、溶融した金属を冷却ロールなどの回転体で急冷しながら製造することで、結晶構造が整わないままに固化した不規則な構造の金属を得ることが出来る。このような溶融状態のままの原子配列で、固化した構造を非晶質とかアモルファス（amorphous）とかという。なお、非晶質金属を得るのに必要な冷却速度は数万～数百万 ℃/秒である（※ 工業高校『機械工作』で習う）。比較のため鋼の焼入れの冷却速度を述べると、鋼の焼入れの冷却速度はせいぜいおよそ千 ℃/秒である（※ 参考文献: 関口春次郎『要説機械工学第4版』、理工学社、119ページ）。熱に対して不安定であり、加熱すると性質が変わってしまう。非晶質金属そのものの製造では、大型のものをつくるのが難しく、薄板または細い線材しか得られない。アモルファス金属の特徴として、力学的には強靭性（きょうじんせい）であることがあげられる。（※ 科目『工業材料』では「粘性」と表現しているが、金属材料でいう「粘性」とは流体力学で習う「粘性」とは意味が違う。なので当wikiでは「靭性」と表現した。）（※ この単元の範囲外: ）アモルファス金属の特徴として、強靭性、磁気異方性が無いこと、軟磁性が挙げられる。靭性の理由として、アモルファスでは金属結晶のようなすべり面がないため、強度と粘りを両立することができると考えられている。アモルファスには結晶方向が乱雑なため磁気異方性が無いと考えられている。軟磁性の理由として、磁壁の移動を妨げる結晶粒界が存在しないためと考えられている。（科目『工業材料』では範囲外だが、電気系の科目などで似たようなことを習う可能性があるので、紹介しておく。）（※ 範囲外: ）また、アモルファス合金は、引っ張り試験をしても、ほとんど塑性（そせい）変形をしないと報告されている（※ 参考文献: 関口春次郎『要説機械工学第4版』、理工学社、119ページ）。（※ 変形をしないのではなく、弾性変形の範囲内に納まる。なのでアモルファス合金は「粘性」または「靭性」が高いと言われる。）このことから分かることとして、つまり一般の金属で塑性変形の起きる理由は、結晶粒界の存在が理由であると予想されている。（後述の「転位」の理論などともツジツマが合う。） - ※ 大学生むけの電子材料工学の教科書を読んでも、なんと、アモルファス半導体の製法やアモルファス磁性体の製法は書かれてない本ばかりである。読者は、もしも、工業高校の『工業材料』の教科書を持っているなら、すてないようにしよう。加工と変形について - 塑性変形（plastic deformation）金属材料はある程度の荷重までなら、変形しても荷重を取り除けば元に戻る。このような性質を弾性（だんせい、elasticity）という。しかし、限度以上の荷重を加えると、力を取り除いても元には戻らない。このような性質を塑性（そせい、plasticity）という。 - 加工硬化（work hardning）加工により変形をした金属材料は、より硬くなる。この現象を加工硬化（かこうこうか、work hardning）という。この現象を利用した加工法として、たとえば鍛造やショットピーニングによる硬化がある。加工硬化の結果、硬さは増すが靭性は低下する。 - 再結晶（recrystallization）塑性変形をした金属材料に、加熱をすると、加工によって安定状態から外れた原子が元の安定の場所に戻る再結晶（recrystallization）を起こす。これにより、材料に軟らかい性質が戻る。再結晶により、加工硬化が取り除かれる。塑性変形で加工硬化が進み過ぎた材料に対して、再結晶のための加熱が用いられる。 - 加工塑性加工時の加熱の有無により、加工法が2つに分類される。 - 熱間加工（hot working）：再結晶温度以上を加えて塑性変形させる加工法 - 冷間加工（cold working）：再結晶温度以下で塑性変形させる加工法 - 冷間加工冷間加工では、加工硬化がおこる。また、結晶粒が加工方向に引き伸ばされる。また、結晶粒の大きさと数については、一般に加工によって結晶粒は砕かれる。そのため、加工後は結晶粒の数が多くなる。そして加工によって結晶粒は小さくなる。電気抵抗については、金属材料の加工の結果、一般に電気抵抗は増す。原因として、結晶粒の界面が増えたことから電導を乱されたことが、原因とされる。 - 熱間加工一般に再結晶温度より以上では材料は硬さが下がる。そのため、塑性変形に要する荷重が小さくなる。加工のさい、加工硬化はするが、再結晶も起こるので、硬さが下がる。 - すべり変形たとえば、棒状あるいは長方形板状の細長い金属材を塑性変形するまで引っ張る事を考える。金属材の中央部分がくびれるが、このとき中央部分のあたりに、軸方向に直交する水平断面に対して、斜め方向に、変形面が現れる。このように金属を引っ張ると、特定の方向の結晶面にそって、ずれ変形を起こす。この変形をすべり（slip）という。このずれ変形をおこした特定の面を、すべり面（slip plane）という。試料表面にはすべり線（slip line）と呼ばれる段が生じる。すべり面に平行な方向は、原子密度が最大となる方向か、それに近い面である。原子密度が最大の面ということは、つまりその面に直角な方向が原子密度が最小ということである。したがって、その最小方向の直角方向をせん断する方向に変形が起こる。その結果、原子密度が最大の面に平行にすべり面が生じる。そして、このすべり面と平行な、すべり線が観測される。この滑り面に、せん断力がかかる。 - 転位塑性変形の現象を、結晶レベルのミクロな視点で見たらどうなるのか？力学的に結晶原子にかかる力学的な力を想定する。原子配列の乱れが最初から存在すると考える。この配列の欠陥は、転位（てんい、dislocation）と呼ばれる。塑性変形のしやすさは、この転位の移動のしやすさであると考える。金属の硬さは、この転位の移動のしづらさにより決まると考える。合金で硬化するのは、合金元素が転位の移動を妨害するためと考える。ある線や面を境に結晶原子の数に、少しだけ差があり乱れていたとする。そうすると、本来は密度が違うのにそれを結晶構造になっているから、その乱れの周囲にひずみがかかる。具体的には、材料内に、線状に配列の抜け（あるいは過剰）、あるいは面上に配列の抜け（あるいは過剰）が最初から存在して、材料内部に段差があると考える。塑性変形とは、この転移が外力を加えられて、表面に移動して、表面の段差になった結果、結晶そのものが原子間距離で一段ずつ変形してしまい、また、段差が表面に出た結果、内部にはもはや段差がないことから、表面に段差が生じた状態で安定してしまい、もはや復元できなくなったことの帰結と考える。加工硬化の原因は、加工によって転位密度が増大すると考える。そして、転位同士はお互いに干渉し、転位を動きづらくさせると考える。加工が進めば進むほど硬くなるのは、転位のそのような機構のためと考える。この転位と硬化の関係はすべての金属に共通である。けっして、鉄鋼だけに特有でないし、軽金属だけに特有でもない。セラミックの結晶構造陶磁器やガラスなどの焼き物のような材料はセラミックスである。セラミックスは共有結合によって結合した材料によって作った個体状の材料である。土や粘土を焼いて固めたものは、セラミックの一種だと思ってもらいたい。これらのセラミック材料と金属との違いは、セラミックスは金属光沢をもたずに、また一般に自由電子をもたない。つまりたいていのセラミックスは、誘電体である。セラミックスは高分子とも違い、燃えにくいし、プラスチックと比べて、硬く、融点も高い。また、食塩NaClとも違って、一般のセラミックスは、水に入れても、溶けない。セラミックは硬いので、ゴムとは違って伸びにくいし、曲がりにくい。傷がつきにくい。しかし、衝撃に弱くてもろい。また、高分子とは違い、融点が高いことと、金属のような縁性が無いことから、成型が困難である。また金属とは違い、セラミックスは、酸・アルカリに溶けにくい。たいていのセラミックスは化学的に安定であり、さびない。焼き物の化学的性質が、金属とも、イオン性結晶とも、有機高分子とも、性質が大きく異なるので、これらの材料とは化学結合の仕組みが異なっていると考えるべきである。古代では、粘土をこねて、土器の形にしてそれを乾燥させたあとに、焼くことで固くした焼き物を使っている。このままだと、土器は水分を通すので水を蓄えることができないので、うわぐすりを使う。うわぐすりは主にケイ素（砂に多く含まれている。）を主成分としている。セラミックスの結合は、より正確に述べれば。共有結合または共有結合とイオン結合の中間の結合と考えられている。 - イオン結合性セラミックスセラミックスの中でも、CaやMgのような、軽金属の酸化物のCaOやMgOはイオン結合の要素が強い。ただし、共有結合としての性質も持っているので、区別して食塩NaClなどのイオン結晶とは区別が必要である。イオン性セラミックスといっても、水には溶けない。ほかにもなどがイオン性セラミックスである。金属の酸化物は電気陰性度が高く、金属原子の電子が酸素側へと強く引き寄せられる。そのため、イオン性の強い結合を酸化物セラミックスは持ちやすい。 - 共有性セラミックスいっぽう、炭化ケイ素SiCなどは共有結合の要素が強い。炭素、ホウ素、窒素は電気陰性度が中程度でありイオン性を持ちにくい。そのため、これらの化合物は共有結合性を持ちやすい。セラミックの化学結合の格子欠陥は電気物性や化学的物性に大きな影響を与える。この点がセラミックスの結合が、共有結合とイオン結合の中間の結合である特徴である。もし、単純な金属結合なら、そもそも欠陥の影響が自由電子により材料全体に分散されてしまうだろう。もし、単純な共有結合なら、炭素やシリコンなどの高分子化合物を除けば、そもそも結晶を作れないだろう。もし、単純なイオン結合なら、格子欠陥があれば、その部分は化学結合の結合力が無く、結晶粒界になるだろう。結晶全体として、電荷の正負の電気的中性が保たれる必要があるので、格子欠陥と同時に電子や正孔が伴われる。セラミックの欠陥は次の2種類に分類される。 - フレンケル欠陥（frenkel defect） - ショットキー欠陥（schottky defect） - フレンケル欠陥（frenkel defect）結晶中において、格子点イオンが、正規の位置を離れ移動し、その後に空孔と移動した格子間イオンとが残った欠陥のこと。このフレンケル欠陥の生成は、密度に関しては変化はないが、電気伝導性を増加させる。 - ショットキー欠陥（schottky defect）結晶中において、陽イオンと陰イオンがともに表面に移動して格子点イオンが結晶の外に出た後に、結晶内部に両イオンの空孔が残った欠陥のこと。ショットキー欠陥の生成により、密度が変化するが、電気伝導性は増加しない。本書では、フレンケル欠陥やショットキー欠陥の説明図に、塩化ナトリウムを例にして、（塩化ナトリウムはイオン結合でありセラミックではないが、）フレンケル欠陥を説明する。 - 欠陥のないNaClの構造 - NaCl構造内の2つのフレンケル欠陥 - NaCl構造内のショットキー欠陥 - 固溶体不純物イオンが溶媒イオンと同じ程度の大きさであれば置換型固溶体となり、不純物イオンがかなり小さければ侵入型固溶体をとる。状態図参考文献 - 日本機械学会編、『機械実用便覧』改訂第6版、丸善株式会社、2006年。 - 文部科学省、『工業材料1』、実教出版、平成16年（西暦2004年）。文部科学省検定済教科書。 - 文部科学省、『工業材料2』、実教出版、平成16年（西暦2004年）。文部科学省検定済教科書。 - 井形直弘編本橋嘉信・浅沼博著、『金属材料基礎工学』初版、日刊工業新聞社、1996年。 1.『機械実用便覧』は用語の確認や機械学会での見解の確認に使用した。2.『工業材料1』および3.『工業材料2』は高校での教育範囲の確認および、文部省の見解の確認に使用した。
null	null	高等学校工業工業材料/材料の試験と検査このテキストは書きかけです。加筆・訂正を行ってくれる協力者をお待ちしています。機械的性質の試験引張試験（注意：下の画像はフランスの工業規格での画像であり、日本の規格とは少し異なります。） - 引張試験機の写真 - 円筒形の引張試験片 - 引張試験片引張試験（ひっぱりしけん、tension test）とは、試験片を軸方向に引っ張り、その時の応力と伸びの関係を測定して、降伏点や弾性率などを測定する試験である。（試験方法はJIS Z 2241 参照のこと。）荷重（あるいは応力）と、伸び（あるいは、ひずみ）をグラフ化して図示したものは、「荷重伸び線図」や「応力ひずみ線図」などと呼ばれる。力学用語について、引張試験で必要になるものを説明する。 - ひずみε＝（L-L0）/L0 * 100 （無次元数） - 応力σ＝F/A (単位はMPaメガパスカルなど。圧力と同次元) - ヤング率E＝σ/ε (単位はMPaメガパスカルなど。) 以上のひずみ、応力、ヤング率から、次の基本式を得る。その基本式は、 σ＝Eε である。この基本式を、フックの法則（Hooke's law）と呼ぶ。一般にヤング率Eは、金属の固体の場合、常温では定数である。比例係数のEの呼び名は、ヤング率の他に弾性率や弾性係数とも呼ばれる。 - 弾性体このようなヤング率が定数で、応力とひずみが比例関係にある物体を弾性体と呼ぶ。目視では金属のばねや、ゴムひもなどが弾性体として確認しやすい。また、目視では分かりづらいが、一般の金属の固体も、ある程度の荷重までに対しては弾性体である。この文書では、金属の弾性体について主に考えることにする。 - 試験片試験片はJIS規格により寸法と形状が規定されている。試験片の形状は、円柱状（断面が円形）、または板状の試験片（断面が長方形状）である。断面に垂直な軸方向に引っ張り力を加え、そのときのその時の伸び、荷重を測定する。破断後の伸び、荷重も測定する。 JIS Z 2201-20に試験片の規格がある。 - 弾性限度（elastic limit）力が弱い場合は弾性変形の範囲なので荷重を取り除くと元に戻るが、ある一定以上の荷重になると、力を除いても元に戻らない。この時の荷重を弾性限度という。 - 比例限度（Proportional Limit）弾性体に外力を加えたとき、応力とひずみとが比例関係を保つことができる応力の最大値を比例限度という。応力－ひずみ線図における直線部分の最大応力。応力が小さい間は、フックの法則が成り立つので、比例関係がみられる。多くの材料について、比例限度と弾性限度は、ほぼ等しい。 - 降伏点（yield point）弾性限度を超えて荷重をかけ続けて行くと、力を増加しなくても伸びが急激に進む状態になる。このときの荷重を降伏点という。軟鋼では降伏点がはっきり現れる。 - 耐力軟鋼やアルミニウムでは、降伏点を明確に示さない、この現象が見られやすい。このような明確な降伏点を持たない材料では代わりに耐力が用いられる。耐力（proof stress）とは、あらかじめ規定された永久歪みε（通常は0.2％変形と規定）を起こすときの、荷重Fεを原断面積A0で除算した応力値σε（MPa）を耐力という。特に試験ごとの規定のない場合、慣習の通りに0.2％を永久ひずみとした場合の耐力をσ0.2と表す。 - 絞り φ＝（A-A0）/A 100 （無次元数）硬さ試験硬さ試験（hardness test）について、力学的な硬さの定義には、種々の定義が有る。また定義によって試験方法が異なる。ここでは、主に構造材や金属材料に用いられる硬さ試験について説明する。主な硬さ試験を分類すると、 - 押し込み硬さ - 反発硬さに別れる。試験片に圧子を押し付けて圧痕の出来づらさから硬さを測定する押し込み硬さ（ビッカース硬さ、ブリネル硬さ、ロックウェル硬さ）と、硬い材料ほど反発が大きいことを利用した反発硬さ（ショア硬さ）の規格がある。いずれの硬さも専用の試験機で測定する。 - 押込み硬さ試験の分類 - ビッカース硬さとブリネル硬さは窪みの表面積から求める。 - ロックウェル硬さは窪みの深さから求める。押し込み硬さ窪みの表面積から押込み硬さを求める場合 - ビッカース硬さ試験（vickers hardness test）（規格：JIS Z 2241-80と関連あり）四角錐の圧子を押し付けた時の窪みの対角線の幅から算出する硬さ。対面角θが136°のダイヤモンド4角錐圧子を用いる。くぼみの対角線の長さd(mm)から、窪みの表面積S(mm^2)を得る。荷重F(N)をこの表面積S(mm^2)で除した値から算出する。応力の単位は付けない。 HV = 0.102 F/S=0.102(2F sin / d^2)/(d^2)=0.18909 F/(d^2) - なので - ブリネル硬さ試験（brinell hardness test）（規格：JIS Z 2243-81と関連あり）鋼球または超硬合金の球状の圧子を用いて、押し込み硬さを測定する。圧子を試験面に押し付け、球面上の窪みをつけた時の試験の力から表面積で除算した値から算出する。圧子には直径5mmまたは10mmの球圧子を用いる。基準荷重F（N）を、圧子の直径D mmと窪みの直径d mmより求めた窪みの表面積S mm^2で除した値から算出する。硬さ記号は、HBSは鋼球子のとき、HBWは超硬合金球子を用いた時のブリネル値。HBSとHBWの数値には、応力の単位は付けない。 HBS（あるいはHBW） = 0.102 F/S これとより、よって HBS（あるいはHBW） = 0.102 F/πD (D－D√(D^2－d^2)) となる。硬さ値は試験荷重と圧子の種類を付して表す。比例係数の0.102は換算係数であり、単位系がN、ニュートン単位であるための換算係数。単位系が重力単位系で、力がkgf単位のときは、 HBS＝F/S となる。窪みの深さから押込み硬さを求める場合 - ロックウェル硬さ試験（rockwell hardness test）（規格：JIS Z 2245-81と関連あり）ロックウェル硬さは、まず試験面（基準面）に基本荷重F0 をかける。次に試験荷重F1 を足したF0 + F1 の力を加え、塑性変形させる。その負荷を基準荷重F0に戻し、この時の基準面からの永久窪みの深さを読み取る。 120°ダイアモンド円錐圧子または鋼球圧子（直径1.5875mmか3.175mm）を用いる。試験方法は、まず基準荷重を加える。次に試験荷重を加える。再び基準荷重に戻す。前後２回の基準荷重における圧子の深さの差h μmを用いて、定義式の HR = 100 - h/0.002 から算出する。圧子の種類や荷重により、スケールが別れる。基準荷重が3kgf(=29.42N)のときをロックウェルスーパーフィシャル硬さという。硬さ記号HR、スケール記号、硬さ値の順に書く。反発硬さ - ショア硬さ試験（shore hardness test）（JIS Z 2246-81と関連あり）資料にハンマを落とし、その跳ね上がり高さhから硬さを算出する。一定の高さh0 からハンマを落とす。 HS=k(h0/h) hを直接目測するのをC形、hを目盛に表示されるD形がある。基準試験片を用いる。衝撃試験試験片にハンマで衝撃を与えて破断させ、その後のハンマの運動エネルギーの減少から、試験片に吸収された運動エネルギーを考え、硬さを算出する試験。材料の靭性、脆性を評価する試験。中央部に切欠きのある試験片を設置する。JISに規定あり。試験片については、ノッチと呼ばれる切欠き部が付けられている。ノッチの形状にはUノッチとVノッチがある。試験片はそのノッチの形状によりUノッチ試験片とVノッチ試験片がある。衝撃試験で主なものに、シャルピー衝撃試験とアイゾット衝撃試験がある。 - シャルピー衝撃試験（charpy impact bend test） (規格：JIS Z 2242－80およびJIS K 7111－84) シャルピー衝撃試験では、試験片に吸収されたエネルギーを、ハンマの最初の高さと振り上がりの高さの位置エネルギーの差と考え、以下のように算出する。 E=WR(cos β－cos α)＝mgR cos β－mgR cos α （単位はジュールJ） W：ハンマの荷重 R:ハンマの回転軸中心から重心までの距離ｍ α：ハンマの持ち上げ角度 β：試験片破断後のハンマの振り上がり角度シャルピー衝撃値（charpy impact value）は、E=WR(cos β－cos α)を断面積で除した値と定義される。だが、Eの値を、そのまま試験の結果として表示することが多い。 - 試験片についてシャルピー衝撃試験では、ノッチ（切欠き）背部より荷重を加える。また試験片を両端で固定する。 - Vノッチ試験片 - Vノッチ試験片の取り付け・破壊時の図（右） - アイゾット衝撃試験（Izod impact strength test） 1号、2号試験片はアイゾット試験に用いる。試験片を片側のみ固定する。反対側をノッチの付いている側から衝撃を加える。曲げ試験曲げ試験（bend test）。（規格：JIS Z 2248-75など）。試験片(JIS Z 2204参照)を曲げて、傷などの欠陥の有無を調べることで変形能を調べる。押し曲げ法、巻付け法、Vブロック法がある。疲れ試験材料が繰り返し応力を受けると、１回だけの応力で材料が破断する時よりも、小さな応力で破断することが有る。このような繰返し荷重による強度低下の現象を、材料の疲れ（fatigue）といい、その疲労特性を調べる試験が疲れ試験（fatigue test）である。応力と繰り返し回数を図示したものをS-N曲線(S-N curve)という。S＝応力Stress。N＝繰り返し回数。 S-N曲線の横軸Nは、対数目盛（10を底とした常用対数）が一般である。ある限界応力以下では、繰り返し数をいくら増やしても破断しなくなる。しかし無限に試験するのは無理なので便宜上、109回の程度までが繰り返し回数である。鋼の場合、S-N曲線が106あたりで、応力振幅が水平になり始める。107回で破断しない材料は、それ以上いくら繰り返しても破断しない。この応力を疲労限度（fatigue limit）、疲れ限度、疲労強度などという。鋼以外の材料では、必ずしも、106回以上で水平になるとは限らない。しかし鋼以外の材料でも、便宜上107回の値を疲労限度とする事が多い。または、鋼以外の材料の場合、「限度」ではなく疲労強度（fatigue strength）といって、さらに繰り返し回数を併記して「107回時間強度」というように表現する。疲労強度は、疲労限度が明確に現れない材料の場合は疲労限度の代わりに用いる。疲れ試験での荷重の加え方は、次の3通りに分けられる。 - 回転曲げ試験（roating bending test） - 繰り返し引張圧縮試験（reversed axial loading test） - 平板曲げ試験（repeated plane bending test）規格に関しては、金属材料を対象として、 - JIS Z 2273-78 (疲れ試験方法通則) - JIS Z 2274-78 回転曲げ試験方法、 - JIS Z 2275-78 平板の平面曲げ試験方法。高分子材料を対象として、 - JIS K 7118-80 (疲れ試験方法通則) - JIS K 7119-72 平板の平面曲げ試験方法。が有る。クリープ試験高温下で試験片に荷重を長時間くわえて変形量を測定する試験である。試験片が高温の状態だと、降伏点以下の応力でも塑性変形が進む。試験片に一定の高温度に維持しながら、一定の荷重をかけた時、時間とともに塑性変形が進む。このような現象をクリープ（creep）という。低温下では、塑性変形を生じない大きさの荷重でも、同じ荷重でも、ある一定以上の高温下の材料にかけると塑性変形が起きる。ボイラの鋼管や、タービンブレード、自動車などのエンジン、化学装置などでは、このクリープが問題になる。鉄鋼ではおよそ400℃以上でクリープが起こる。金属材料では引張クリープについてJIS Z 2271-81で規定している。 - クリープ曲線クリープ試験で、時間とひずみの関係を図示したもの。その他の試験 - 圧縮試験 - ねじり試験 - エリクセン試験薄金属板のプレス成形性をシミュレート。JIS Z 2247-77 - コニカルカップ試験薄鋼板のプレス成形性をシミュレート。JIS Z 2249-63 - リラクゼーション試験全ひずみを一定に保った時の、荷重の時間的な低下を測定。JIS Z 2276-75 組織観察顕微鏡組織観察金属顕微鏡の準備高温顕微鏡（英：High temperature microscopes、またはoptical hot stage microscopyなど）常温以上での温度における組織を観察する顕微鏡である。試料の酸化防止のため、真空装置が付けられる。真空炉の石英窓を通して試料を観察する。電子顕微鏡材料の検査肉眼的検査法化学的検査法非破壊検査 - 磁気探傷法（magnetic particle testing）鋼材、Ni、Coなどの強磁性体に対して用いられる検査法。試験片に欠陥があると、その欠陥箇所では、周囲の欠陥のない場所との磁場の違いが観測される。そのため、磁粉を散布して、磁力線を観測する。磁粉の材質は、酸化鉄粉や純鉄粉が用いられる。磁粉の散布方法は乾燥した磁粉をふりかける乾式法と、水または油に磁粉を混濁させた湿式法とが有る。 - 感応電流法試験片を磁化させ、感応コイルで磁場を測定する。欠陥があれば、磁場の差となり現れるので、それを利用した検査方法。 - 放射線透過試験（radiographic testing）欠陥部は健全な素地と吸収率に差がある。なので、放射線透過写真により、欠陥を測定する。 - 渦電流探傷法交流電流を金属に近づけると、渦電流が生じる。材料に欠陥があると、この渦電流に差が現れるので、これを利用した検査方法。 - 超音波探傷法（ultrasonic testing）（規格：JIS Z 2345「超音波探傷用標準試験片」、JIS Z 2352「超音波探傷装置の性能測定方法」）音波は弾性係数の異なる場所で反射をする。欠陥があれば、そこは無欠陥の素地と弾性係数が異なるので、音波が反射する。したがって、欠陥があると、超音波の分布が変わる。これを利用する。 - 蛍光浸透探傷法 - 染色浸透探傷法参考文献 - 日本機械学会編、『機械実用便覧』改訂第6版、丸善株式会社、2006年。 - 文部科学省、『工業材料1』、実教出版、平成16年（西暦2004年）。文部科学省検定済教科書。 - 文部科学省、『工業材料2』、実教出版、平成16年（西暦2004年）。文部科学省検定済教科書。 - 横井時秀編、『要説機械工学』第4版、理工学社、2004年。 - フランス語版ウィキペディア記事「Essai de traction」。参考時のリビジョンは77.64.255.204。 - 日本版ウィキペディア記事「ロックウェル硬さ」 1.『機械実用便覧』は用語の確認や機械学会での見解の確認に使用した。2.『工業材料1』および3.『工業材料2』は高校での教育範囲の確認および、文部省の見解の確認などに使用した。5.「Essai de traction」は引張試験の内容を確認するのに使用した。 - ^ 磯貝英一ほか『要点解明統計学改訂版』、培風館、2019年10月10日改訂第7刷発行、P.2 - ^ 畑村洋太郎編著『実際の設計新訂新版』、日刊工業新聞社、2023年4月14日改訂新版第12刷発行、P.239 - ^ 鈴木金属工業㈱林博昭著『第32回硬さ試験』,P.55
null	null	高等学校工業工業材料/構造用材料加筆・訂正を行ってくれる協力者をお待ちしています。この内容は暫定的な物です。鋼と鋳鉄炭素鋼 - 鋼工業的には鋼（こう、steel）とは炭素C濃度が0．02％ < C < 2．1％の鉄のことである。鋼は炭素の含有率により、機械的特性や焼入れなどの熱処理による影響が変化するので、この炭素濃度による分類分けがよく用いられる。なおC＝0．02％は、のちに述べるα鉄フェライトに固溶する炭素Cの最大固溶度（このとき温度727℃、0.0218%）である。 C =2．1％はγ鉄オーステナイトに対するCの最大固溶量（このとき温度1148℃、2.11％。）である。（フェライトやオーステナイトについては後述する。） - 純鉄炭素濃度が0．02％より小さい鉄は工業用純鉄（じゅんてつ、iron）に分類される。 - 鋳鉄また、炭素濃度が2．1％よりも高い鉄を鋳鉄 (ちゅうてつ；Cast Iron) という。鋼とくらべて、炭素濃度の低い純鉄はやわらかく、炭素濃度の高い鋳鉄は硬い。炭素C以外に合金元素を含まない鋼を、炭素鋼（たんそこう、carbon steel）という。鋼に、マンガンやアルミニウムなどの炭素以外の合金元素も添加したものを合金鋼（alloy steel）とよび、区別することもある。ただし、炭素鋼自体に炭素と鉄との合金という意味合いもあるため、合金鋼の定義は、あまり明確ではない。別の分類方法では普通鋼（plane steel）と特殊鋼（special steel）とに分類する分け方もあるが、ここでは述べない。温度変化による相変態まず、純鉄は常温・常圧の通常では体心立方格子（BCC構造）をとる。純鉄は912℃ 以下では体心立方格子（Body Centered Cublic ； bcc ）の結晶構造を持つ。この912℃以下でのbcc 相の鉄を（純鉄か炭素鋼かに関わらず）、 α鉄（アルファてつ）と言う、またはα Feという。また、このα鉄に炭素が固溶した状態のことをα 固溶体と言う。 - （※ α鉄の意味はあまり厳密ではなく、「α固溶体」のこともα鉄という場合もあり、検定教科書でも実教出版の科目『工業材料』では固溶体としても「α鉄」という言い回しをしている。なお、科目『機械工作』の実教出版の検定教科書に「α固溶体」という用語はある。）さきほど示した図の、鉄-炭素系の平衡状態図中の「α」の箇所が、α鉄（またはα固溶体）の状態である。 - ※ 同様に文献によって「β鉄」と「β固溶体」、「γ鉄」と「γ固溶体」、と言う用語のバラツキがある。炭素鋼では温度により結晶構造が変化し、この現象のことを変態と呼ぶ。フェライトにおける変態点は912℃であり、A3点とよぶ。 α鉄の定義は純鉄の場合だけでなく、炭素鋼や合金鋼も含む。以下に述べるγ鉄や δ鉄の定義も、同様に純鉄だけでなく炭素鋼・合金鋼も含む。ただし、合金の場合は、添加物の濃度により、変態点が変わる。鉄-炭素の2元型において純鉄から炭素濃度を増加させた場合、炭素量が増えるにしたがって変態温度が低くなり、A3変態点は炭素量が約0.8%で約730℃になる。（γ固溶体オーステナイトの共析点はC0.77%、温度727℃） - A3点純鉄は912℃で変態をする。このとき体積が収縮する。収縮の理由は、より密な結晶構造に変態するからである。純鉄での変態点の912℃を A3点とよぶ。純鉄では912℃以上では面心立法格子（Face Centered Cublic ； fcc ）の結晶構造になる。この状態での鉄は（純鉄か炭素鋼かに関わらず）、 γ鉄（ガンマてつ）、あるいはγ Feと呼ばれる。合金の場合は、添加物の濃度により変態点が変わる。充填率を計算すると面心立方構造fcc のほうが体心立方構造bcc よりも密なので、A3点での収縮を説明できる。X線解析によって、この検証はされている。 - A4点 γ鉄を加熱しつづけて、1394℃になると、さらに変態が起きて、1394℃以上では（純鉄か炭素鋼かに関わらず）、δ鉄（デルタてつ）、δ Feと呼ばれる体心立方格子bcc の相になる。この変態点を（純鉄か炭素鋼かに関わらず）、 A4点とよぶ。 γ Fe→δ Feへと変態するF･c･c構造からb･c･c構造への変態のとき、体積が若干、膨張する。 - A0点 Fe3Cの磁気変態点のこと。これらの炭素濃度と温度と相の関係を図示した場合は、平衡状態図として表す。(平衡状態図では、ある温度、濃度条件において最も存在しやすい相を簡単に知ることができる) 鉄と炭素の合金の場合の平衡状態図の名称は、炭素鋼平衡状態図やFe-C系平衡状態図やFe-Fe3C系平衡状態図などと言われることが多い。縦軸に温度、横軸に炭素濃度を採るのが一般的である。 - キュリー点（A2点）770℃ 磁気変態点常温の鉄Feは磁石がくっつく強磁性体である。だが、鉄が770℃を超えると、常磁性になり磁石がくっつかなくなり磁性を失う。鉄にかぎらず、このように加熱により物体の磁性が焼失する温度をキュリー点と呼ぶ。鉄のキュリー点を A2点とよぶ。強磁性体は、キュリー点以上の温度で磁性を失う。だが、温度をキュリー点以下に冷却すると再び、磁石がつくようになり、強磁性を取り戻す。なお、常温で強磁性を示す元素は鉄Fe,ニッケルNi,コバルトCoの３つのみである。純鉄の融点は、1811Kである。 - 純鉄の用途主に電気材料・時期材料などの用途に使われる。炭素鋼の熱処理まず、先に熱処理の話を説明する。そのあとで炭素鋼の結晶組織の説明をする。 - 焼入れ俗に、鋼を真っ赤に熱して、これを水や油の中に入れて冷却する処置を焼入れという。焼入れによって炭素鋼は硬さを増す。しかし純鉄は焼入れをしてもほとんど硬さは増えない。固溶した溶質原子(炭素)が、焼入れによる硬化に必須なのである。焼入れをする鋼の温度は、純鉄のγ相に相当する（オーステナイト相と呼ばれる）温度の鋼である。焼入れ後の硬さは固溶している炭素濃度が高くなるほど硬さも得られる。 γ相の鉄は2.11%までの炭素Cを固溶できる。このγ鉄と炭素Cの固溶体をオーステナイトと呼んでいる。なおアルファ鉄（α鉄）に炭素Cが固溶したものをフェライトという。アルファ鉄が固溶できる炭素Cの濃度は727℃のとき0.02%である。オーステナイトが0.02%以上の炭素Cを含んでいるときこれを、ゆっくりと徐冷（じょれい）すると、過飽和の炭素Cが析出またはセメンタイトFe3Cが析出したフェライトが得られる。 - ※ 「徐冷」（じょれい）とは、ゆるやかに温度を下げること。徐々（じょじょ）に冷却するので「徐冷」（じょれい）という。フェライトとセメンタイトが層状に積み重なった構造をパーライトといい、炭素濃度や冷却方法にもよるが、右図（鉄-炭素2元合金図の概略図）の下側（700℃以下の領域）にある「フェライト＋セメンタイト」の領域では、徐冷していった場合には結晶構造の一部または大半がパーライトの構造をとっている場合が多い。 - ※ もし炭素鋼をいったん加熱してオーステナイトにしても、徐冷していけば最終的にその炭素鋼の結晶構造はパーライトになる。けっして、オーステナイトのままではないので、気をつけよう。 - このように、鋼の結晶構造は、温度と炭素濃度のほかに冷却速度などにも依存する。後述するが、温度のほかにも冷却速度の大小によって、マルテンサイト（冷却速度が大）、パーライト（冷却速度は小）や微細パーライト、トルースタイト（冷却速度は中）、など、鋼はさまざまな結晶構造をとる。（マルテンサイトや微細パーライト、トルースタイトなどについては、次の節で後述する。） - マルテンサイト鋼だが、水冷や油冷で急冷して焼入れをすると、析出はおきない。このとき徐冷した場合よりも硬い鋼が得られる。これはフェライトの結晶構造のなかに、炭素Cが過飽和に固溶(無理やり、溶け込むこと)することにより結晶格子にひずみが生まれることに起因する。この時の結晶構造はフェライトのfcc構造とは異なりbct構造をとるようになる。これは急激な温度変化により変態するための時間が十分でなかったことが原因である。結晶構造の変化には原子の移動を伴う拡散変態によるものと原子の移動を伴わない無拡散変態によるものが存在する。徐冷された場合は原子移動の時間が十分にあるため、拡散変態となり急冷された場合は時間がほとんどないため無拡散変態となる。原子が移動しないにもかかわらず、結晶構造が変化するのは、fcc構造とbct構造の原子の並びが同じであることが理由であるが、本項の内容から大きく逸脱するので詳細は控える。このような、α鉄中に炭素が過飽和に固溶した鋼をマルテンサイト（martensite）とよぶ。マルテンサイトはフェライトとくらべて硬い。鋼を焼入れ後そのまま使うことはまれであり、普通は焼戻し（やきもどし、tempering）という熱処理をくわえて、靭性を与える。焼戻しの温度は、材料によっても異なるが、一般的に500℃から680℃である。焼入れのままでは、以下の様な不便がある。 - マルテンサイトは硬いが延性がなく脆い。降伏点や弾性限度も低く、引張強さも大きくないので、そのままでは実用的ではない。 - 結晶構造的に相が不安定であり、相変化により寸法変化を生じやすい。 - 焼入れのままでは残留応力があり、変形や割れを生じやすい。ただし、焼き戻し温度が200℃から400℃だと、もろくなる。この脆化を焼戻し脆性（やきもどしぜいせい、temper brittleness）と言う。この焼戻し脆性を起こす温度を避けて焼戻しが行われる。 200℃以下での焼戻しを低温焼戻しと言い、550℃程度以上の焼戻しを高温焼戻しという。低温焼戻しは硬さの維持や耐摩耗性に重点を置いている。高温焼戻しは靭性の付与に重点を置いている。高温焼戻しで焼き戻しても、そこから冷却するときに200℃～400℃の状態になるので、この時、高温焼戻し脆性にならないように注意する必要がある。高温焼き戻し脆性はモリブデンMoを添加すると起こりにくくなるこのように、焼き入れ焼戻しといった熱処理によって、金属材料の性質の改善を測ることを調質という。なお、オーステナイト相からの油冷でなく（オーステナイト相からの）空冷の場合は、マルテンサイトではなく、微細パーライトといわれる組織構造になる。 - ※ 微細パーライトのことをソルバイトという場合もあるが、この組織とは別にマルテンサイトの焼き戻しのこともソルバイトと呼ぶこともあるので、最近は区別のため、この組織（オーステナイトからの空冷によって得られる組織）は微細パーライトと呼ぶのが普及している。オーステナイト相からの冷却速度によって、微細パーライトになるか、トルースタイトになるか、マルテンサイトになるかが決まる。さて、固溶された炭素はどのようにして鉄に加えられたのだろうか。炭素の加え方について、説明をする。それは、浸炭と言った処理を加える。 - 浸炭鋼は融点の1500℃に加熱せずとも、900℃～950℃に加熱してオーステナイト相に変態した状態で鋼を高炭素の濃度の液体または炭素ガスなどの気体、または炭素の個体を接触させて十数時間ほど加熱させることによって、炭素を固溶させる事ができる。浸炭については後述する。これだけで、数ページになるような分量であるから。結晶構造の話に戻る。固溶している炭素Cの状態は、Feと化合している場合としてない場合に分かれる。炭素は鉄と化合してFe3C（セメンタイト、Cementite）として存在し、このセメンタイト Fe3C が鉄と固溶する場合と、炭素C単体が鉄に固溶する場合とに別れる。室温においてセメンタイトは、鉄と黒鉛に分解されるので、セメンタイトは準安定相と見なされる。セメンタイトは486Kで磁気変態を起こす。これを A0点と言い、Fe3Cのキュリー点である。A0点以下の温度では、キュリー点の定義通りにFe3Cは強磁性を示す。炭素鋼はセメンタイトが多いほど、硬くなるが、延性がなく、もろくなる。 α鉄に炭素C が固溶した状態をフェライト（ferrite）と呼ぶ。α鉄とフェライトの定義の区分けは明確では無く、同じ意味で使われることもある。 γ鉄は2.11%までの炭素を固溶でき、そのγ鉄状態の鉄と炭素の固溶体をオーステナイト（austenite）という。γ鉄に多くのCが固溶できるのはγ鉄の結晶構造が大きいためである。α鉄、γ鉄のどちらとも炭素Cは侵入型固溶の位置を占める。γ鉄とオーステナイトの定義の区分けは明確では無く、同じ意味で使われることもある。 - 共析鋼炭素鋼を900℃以上に加熱するとオーステナイト相になる。これを徐冷すると、 γ→α＋Fe3c のような2種の個相に分解する共析変態が起こる。この変態は、低倍率では黒く見えるが、高倍率ではフェライトとセメンタイトが層を成しているのが観察できる。共析炭素鋼のフェライトとセメンタイトとの、この層状組織をパーライト（pearlite）という。パーライトの発生機構は次のように考えられる。まず、セメンタイトが析出したとしよう。すると、周りのC濃度がその分だけ減少するからフェライトになる。フェライトはCをあまり固溶しないから、その周囲で固溶されないCを元にセメンタイトがまた析出する。そして、そのセメンタイトの周囲ではCが少なくなるのでフェライトが有利になる。このような繰り返しにより、交互に層状にフェライトとセメンタイトが析出すると考えられている。共析組成の鋼を共析鋼（きょうせきこう）という。冷却速度が大きくなると平衡状態での変態温度よりも低温で変態が起こるようになる。このように変態温度以下でも凝固しない冷却を過冷却（かれいきゃく、super cooling）という。鋼の場合の過冷却を考察していく。オーステナイトからの析出現象には、析出される新たな結晶構造へと鉄原子や炭素原子が移動し拡散する必要がある。その拡散には時間が掛かる。平衡状態とは違い、実際の加熱や冷却は平衡状態と外れる。そのため加熱の時の変態点と、冷却の時の変態点は実際には異なる。加熱の時の変態点を Ac1点といい、冷却の時の変態点を Ar1点という。また平衡の変態点を Ae1点という。この変態の観測の確認には膨張を観測する。空冷では、Ar1変態は過冷されて、やや低い温度で変態（ Ar’変態という）が起こる。これが焼ならしである。油冷ではAr’変態が完全には起こらず、未変態のまま残ったオーステナイトが、さらに低温に過冷されて変態し、2度めの膨張を起こす。この油冷や水冷で急冷した場合の、膨張を起こす変態を Ar’’変態という。Ar’’変態の別名は、結晶組織から名づけたマルテンサイト変態ともいう。水冷のような冷却速度が大きい場合は、Ar'変態が阻止されて、Ar’’変態のみとなる。このとき、組織はマルテンサイトだけである。オーステナイトから急冷しマルテンサイトに変態させて硬化させる熱処理が焼入れである。鋳鉄鋳鉄（ちゅうてつ、cast iron）は、鉄と炭素の合金の内、炭素 Cを濃度2.14%～6.7%を含む合金である。あるいはその合金組成をベースにケイ素Si (1.0%~3.0%)やマンガンMn (0.1%~0.9%)などを少量含む鉄 Feの合金である。なお、炭素濃度が1.0%以下の鋼を鋳造したものは、鋳鋼（ちゅうこう、steel casting）と言い、鋳鉄とは区別する。 2.14%はγ鉄中での、Cの固溶限である。Cの添加の目的は、融点を下げることが主な目的である。Fe-C（2成分系）状態図の共晶点（炭素含有量4.2～4.3%）付近で融点が低いため。鋳鉄は、鋼よりも低温度で溶けるため、鉄製品の鋳造（溶融させた金属を型に流し込み製造するプロセス）に用いられる。鋼に比べて、展性や延性が少ないので、伸びがなく硬くて脆い。鋳鉄は、炭素が鋼より多いので、鉄と化合したセメンタイトFe3C以外に、炭素が単体でも存在する。この鋳鉄内で単独のときの炭素の状態は黒鉛grafiteである。炭素の状態によって、ねずみ鋳鉄・白鋳鉄・まだら鋳鉄の三つに大別できる。以下に鋳鉄のおもな種類を示す。 - ねずみ鋳鉄（gray cast iron）：鋳鉄は炭素量が多いと黒鉛（グラファイト）が晶出する。黒鉛は黒色をしており、炭素量の多い鋳鉄はその断面の色からねずみ鋳鉄と呼ばれる。グラファイト（黒鉛）が片状で破断面がねずみ色。切削加工が容易で耐摩耗性が大きいなどの長所があるが、粘りや引張強さが弱いという欠点がある。 - 白鋳鉄（white cast iron）：鉄の炭化物であるセメンタイトFe3Cが析出して、破断面が白い。 - まだら鋳鉄 (mottled cast iron) ：ねずみ鋳鉄と白鋳鉄の混合型。ねずみ鋳鉄は以下のように分類される。 - パーライト鋳鉄：パーライトと黒鉛の混じりあったもの。ねずみ鋳鉄の一種。 - フェライト鋳鉄：フェライトと黒鉛の混じりあったもの。ねずみ鋳鉄の一種。 - 可鍛鋳鉄白鋳鉄で鋳物を作り、これに焼きなましを施して、脱炭やセメンタイトの黒鉛化により、粘り強くしたものが可鍛鋳鉄（かたんちゅうてつ、malleable cast iron）である。炭素は、セメンタイトの状態で含まれていると材料が脆くなるので、可鍛鋳鉄ではこれを黒鉛化している。熱処理の仕方により白心可鍛鋳鉄と黒心可鍛鋳鉄に分かれる。JISでは、これにパーライト可鍛鋳鉄を加え、3種類に分類している。 - 白心可鍛鋳鉄（FCMW）脱炭剤で白鋳鉄の炭素をのぞいたもの。900℃~1000℃で70時間~100時間ほど焼き鈍す。周辺部が脱炭されフェライトになり、内部はパーライトとFe3Cが分解してできた黒鉛になる。用途は、肉厚が3mm~5mm程度の薄肉の製品、または小さな製品に用いる。破面が白い。脱炭剤は酸化鉄や鉄など。 - 黒心可鍛鋳鉄（FCMB）白鋳鉄を焼なまし（900℃〜950℃と、680℃〜730℃の2段階に保ち、それぞれ20時間〜30時間ほど、保つ。）して、成分中のセメンタイトFe3Cを分解し、球状の黒鉛に変えたもの。破面は黒い。 - パーライト可鍛鋳鉄（FCMP）黒鉛化を妨げるMnを0.6%~0.8%添加し白鋳鉄としたもの。段階の熱処理をし、第一段階として900℃~950℃で保持し、第2段階で740℃〜780℃から600℃〜650℃へ冷却していく。ノジュラ鋳鉄（nodular cast iron）、ダクタイル鋳鉄（ductile cast iron）ともいう。黒心可鍛鋳鉄やパーライト可鍛鋳鉄は、表面が脱炭されて軟らかいので、耐摩耗性のため、表面焼入れなどの熱処理を行うことがある。 - 球状黒鉛鋳鉄球状黒鉛鋳鉄（きゅうじょうこくえんちゅうてつ、spherical graphite cast iron）とは、溶湯にマグネシウムMg、セリウムCe 、カルシウムCaなどを加えて黒鉛を球状化したもの。なぜ、球状化するかは定説は無い。おそらくは脱酸によって発生の核を与えられるものと考えられている。これに対して、通常の鋳鉄を片状黒鉛鋳鉄とも言う。 - マウラーの組織図実際の鋳鉄では、炭素だけが添加元素だけでなく、ケイ素Siなど他の元素も含まれることが多い。一般的に、C、Si、Pが多いほど析出黒鉛量が多くなる。またMnが多いほど黒鉛量が少なくなる。そのため添加元素にケイ素を加えた場合の影響を考慮した図として、マウラーの組織図というのがある。マウラーの組織図（Maurer's structual diagram）とは、条件として1250℃から鋳型に鋳鉄を鋳込んで、直径φ75mmの丸棒にしたときに、炭素濃度とケイ素濃度が鋳鉄の結晶組織に,どう影響を与えるかを図示したものをいう。マウラーの組織図では縦軸に炭素濃度、横軸にケイ素濃度をとることが多い。図中での結晶組織の略記のための凡例として、以下のⅠI 、IIa、IIIなどが用いられる。 - I ：白鋳鉄。セメンタイト+パーライト。（θ+P） - IIa ：まだら鋳鉄。セメンタイト+パーライト+グラファイト。（θ+P+G）。I とIIの中間。 - II ：ねずみ鋳鉄。パーライト+グラファイト。（G+P） - IIb ：ねずみ鋳鉄。パーライト+グラファイト+フェライト。（G+P+α）。II とIII の中間。フェライト・パーライト鋳鉄とも言う。 - III ：ねずみ鋳鉄。フェライト+グラファイト。（G+α）。フェライト鋳鉄とも言う。 C 1.7% の線は、この線より上の部分を鋳鉄とみなすことに由来している。（※ 参考文献: 関口春次郎『要説機械工学』、理工学社、2004年3月20日第4版第1刷発行、98ページ） - グライナー・クリンゲンシュタインの組織図実際には冷却速度によっても結晶組成が変わる。そして冷却速度は肉厚の影響を受ける。このことを考慮した図として、グライナー・クリンゲンシュタイン（Greiner Klingenstein）の組織図がある。縦軸にC+Si%をとり、横軸に肉厚mmをとるのが一般的である。合金鋼用途の代表例として、以下の用途がある。・機械構造用鋼・工具鋼・特殊用途鋼機械構造用鋼 SC材と呼ばれる普通炭素鋼と，これにクロムとモリブデンを添加したクロム･モリブデン鋼 (SCM材)と，さらにニッケルを加えたニッケル･クロム･モリブデン鋼 (SNCM材)とが、これに当たる。 SS材は機械構造用には含めない。SS材は一般構造用に分類される。 SC材の特性を説明する際、よくSS材との比較で説明される。 SC材で良く用いられるS45Cを例に記法の見方を説明する。 S45C：数値は炭素の含有量（0.45%）を表す。 SCのSはSteel（鋼）、CはCarbon（炭素）の略。 SS材（機械構造用鋼では無いので注意。比較説明のために記述。）最低引張り強度が指定され、SSの後に来る数字は最低引張強さ（N/mm2）を示す。 SSはSteel（鋼）とStrength（強さ）の略。 SS材は、炭素量が保障されていないため、焼入れなどの熱処理には用いない。 SS材で良く用いられるSS400を例に記法の見方を説明する。 SS400：SSの後の数値は引張り強さ（N/mm2）を表す。 SCM材およびSNCM材など - Cr鋼約1%クロムCrと約0.75%マンガンMnを加えている。 Mnは脱酸の効果もある。焼入れ性に優れる。焼入れでマルテンサイト組織にしてから焼き戻しをする。焼き戻し脆性があるので、高温焼き戻し温度からは急冷する。 - SCM材 Cr-Mo鋼。 Moにより焼き戻し脆性の改善を図ったもの。 - SNCM材 Ni-Cr-Mo鋼。現在の構造用合金中で、耐久性が最も優れている。工具鋼 JISで工具鋼（tool steel）といった場合、切削工具用、対衝撃工具用、冷間金型用、熱間金型用の4種類に分類している。切削工具用では、工作機械で用いるバイト・ドリル・カッタ・リーマ・ブローチなどの切削工具に使用する鋼を想定してもらいたい。切削加工では、切削工具が高温や高負荷などの過酷な条件にさらされるから、材料にも耐久性が求められるためであろう。一般的には「工具鋼」は、工具鋼は広義には工具に使用する鋼であり、やすり・かんな・たがねなどの手工具や、ゲージ類などの計測工具など、工具全般の材料をさす場合もある。 - 切削工具用硬さと対磨耗性は、当然、切削工具には必要である。そのため炭素C含有量を高め、熱処理で焼きいれ焼き戻しをする。切削時の熱発生は焼き戻しと同じ作用がある。したがって、工具鋼には熱に対する、焼き戻し軟化抵抗が必要である。工具鋼に要求される耐熱性とは、切削時の発生熱に対する耐熱性のことである。特に高速切削のとき、熱が発生しやすいので、高速度工具鋼（High speed tool steel）には耐熱性が必要である。Cr、W、V、Co等を加える。 - 金型用 - 熱間加工用熱間圧延・鍛造・ダイカストに用いる。炭素量を減らしている。理由は、使用中に熱サイクルが加わるため熱サイクルによる膨張収縮量を減らす必要がある。そのため、炭素量を減らしている。また、膨張収縮に伴う、き裂を生じる。このき裂をヒートチェックという。 MoやCrなどを添加して耐熱性を高めている。ステンレス鋼 stainless steel 。鉄にCrを加えると酸化に対する耐食性を増す。これは表面の不働体皮膜が保護膜となり、酸化の内部への進行を妨げるためである。硝酸や硫酸といった酸化性の産に対する耐食性はCr添加で向上する。しかし、塩酸などの非酸化性の酸に対しては効果が無い。 Crはステンレス鋼の主要の添加元素であり、ステンレス鋼には不可欠である。 Crの他に、更にNiを加えると、塩酸などの非酸化性の酸に対しても耐食性を得る。ステンレス鋼の材料記号は「SUS」であり，通常「サス」と読む。Steel Use Stainlessの略。 - SUS304 - SUS316 などが代表的である。特にSUS304は使用量がステンレス鋼の中でも最も大きい。炭素を減らしたものは、SUS316Lのように、末尾にLを付ける。炭素を減らす理由として、一般的なのは、機械加工で、被削材が硬すぎる場合にやや硬さを落として加工性を高めるためであるのが一般的である。他の場合として、化学装置などで耐食性のためステンレス鋼SUSが必要だが、純度の高い材料を作る際、炭素や炭素ガスが不純物として働く場合などに、対策としてSUS316の代わりにSUS316Lを用いる場合がある。例えば、半導体工場の配管部品などでSUS316Lを用いる場合がある。軽金属材料銅銅 Copper 純銅銅は、鉄と比べて酸化されにくい。天然でも純度が高く自然銅として産出する。精錬も容易なので古くから使われる。銅は硫酸H2SO4に溶ける。銅を溶かした硫酸を電気分解すると陰極に銅が析出する。これを電気銅（でんきどう）といい、工業的に使われる銅材料の原料に電気銅が使われる。電気銅は、そのままでは銅粉であり構造材料としては実用に供しないので、溶融などをして固化する。純銅の機械加工的な性質として、金属の中では延性があり、強度も比較的に高い。延性の理由として、面心立方晶で転位が移動しやすいのが理由だと考えられる。冷間加工によって、銅は加工硬化する。電気的な性質は、銅は電気伝導率が高い。銅は反磁性体である。磁場を嫌う場所で使われる。電気伝導が良いことから電線などに使用される。詳しくは電気材料の節で説明する。化学反応的な性質は、銅はイオン化傾向が水素より小さい。また、空気中では、表面に酸化皮膜Cu2Oを作り内部への参加を食い止める。Cu2Oの色はあずき色であり、光沢はない。 H2OとCO2が存在すると緑青Cu2 (OH)2 CO3が生じ、緑色になる。ただし、アンモニアが存在すると結晶粒界が腐食される。特に引っ張り応力がかかった状態では腐食が加速される。このように応力と腐食が相互作用をして腐食が加速されることを応力腐食（おうりょくふしょく）と呼ぶ。耐食性は、純鉄と比較した場合は、銅は耐食性が良い。酸に対する耐食性は、希塩酸や希硫酸には溶けにくいが、濃度が高い酸の場合には溶ける。また硝酸に溶ける。塩基に対しては、アンモニアによって腐食される。純銅の分類として、不純物の程度や種類から、以下に分類される。 - タフピッチ銅（tough pitch copper、略称：TPC）通常、金属材メーカーなどに「銅をください」と特に種類の指定なく注文したときに来ることの多い銅が、タフピッチ銅である[1]。タフピッチ銅とは、電気銅を反射炉で溶融したものに、木材などで炭素を加え、溶けた銅中の酸素を還元したもの。残留酸素量は、酸素を0.02～0.05パーセントである。大部分の酸素はCu2Oとして材料内の結晶粒界に存在する。多量生産ができ、導電性、熱伝導性、展延性に富む。しかし、水素還元性の環境中で高温加熱すると、水素と酸素が反応し水蒸気になり脆くなるという、水素ぜい化を起こす場合がある。 ※ 酸素を含むため、溶接性が悪い[2]。電気部品に導電材料として使われる銅も、たいていはタフピッチ銅である[3]。 - 無酸素銅真空中、あるいは還元ガス中でCuを溶解することでCu中の酸素を外部に排出してある。このような方法で、酸素含有量を0.02%以下にした銅を無酸素銅（OFC：Oxygen-Free Coppe）と呼ぶ。この方法では、酸素、水素以外の不純物は除去出来ないので、あらかじめ電気分解で純度を高くした電気銅を原料とする。水素量が低いので水素脆性は無い。真空中でのガス放出量が低く、真空機器に使われる。価格はタフピッチ銅よりも高い。 - りん脱酸銅脱酸素剤としてリンを添加した銅[4]。溶融したCu中に酸素の親和力が銅Cuよりも高いリンPを加えて酸化リンとして、酸素を取り除いたもの。リンが材料内に残るため、導電率は低くなる。水素脆性がない。銅合金 - 黄銅（brass）黄銅（おうどう、brass）は、銅Cuと亜鉛Znの合金であり、CuにZnを8%～50%加えた合金である。黄銅は置換型固溶体である。（銅は真鍮（しんちゅう）とも呼ばれる。固溶硬化によって、単体のときよりも硬くなる。色は黄色である。亜鉛Znが30%までのものは、銅Cuの中に亜鉛Znが固溶する。 Znはイオン化傾向が銅より高い。黄銅が海水に触れると亜鉛Znが海水中に溶け出す。（脱亜鉛化現象） CuとZnの重量費が、7：3の七三黄銅と、6：4の六四黄銅がよく用いられる。七三黄銅の加工では、冷間加工を用いる。六四黄銅では熱間加工を用いる。Znが4割以上から硬さが急激に増すので、冷間加工は六四黄銅には適さない。その他、特殊黄銅がある。 CuとZn以外の合金元素を、黄銅の組成に更に加えた銅合金である。具体的には鉄、すず、鉛などである。 - 青銅（bronze）青銅（せいどう、bronze）は、銅CuとすずSnとの合金である。置換型固溶体である。錆びが青い。固溶硬化によって、単体のときよりも硬い。砲金（ほうきん、gun metal）とも呼ばれる。工業的には、機械的性質を改善するために第三元素を添加した材料を用いることが多い。 - りん青銅脱酸剤としてリンPを追加したもの。P残留が多いともろくなるので、0.5%以下にする。 - 亜鉛をふくむ青銅青銅の脱酸剤としての作用と、鍛造性を良くするの作用との目的で亜鉛Znを添加される。亜鉛Znは黄銅の元素であるが、銅Cuに亜鉛ZnとすずPを加えたものは、通常は青銅に分類する。 - 銅ニッケル合金 - 白銅銅Cuと10%～30％ニッケルNiの合金。外観は白色である。400℃の高温でも強度の低下が少ないので、耐熱材料として用いられることもある。 - その他の銅合金黄銅、Cu-Ni合金以外は、たとえ亜鉛Znを含まなくても、青銅と呼ぶ。 - アルミニウム青銅アルミニウム9～12%含む。あるいはそれをベースに他元素を追加した合金。アルミニウム電解で得る。酸化膜Al2 O3のため耐食性が良好。面心立方晶でやわらかい。融点が低い。耐燃性が無い。 - ジュラルミン Al-Cu-Mg 軽量で強度が大きいので、航空機などの材料に用いられる。マグネシウム合金マグネシウムMg は金属の中で最も軽いが、化学的に反応しやすく耐食性に劣るので､合金化するときは耐食性を上げる工夫が要される。耐食性を悪くする不純物として、鉄Fe，ニッケルNi､コバルトCo，銅Cuなどがあるのでこれらを抑えなくてはならない．このうちFeの害はマンガンMnを添加することによって抑えることができる。 Mgを強化するために加える元素は、たとえば、アルミAl，亜鉛Zn，マンガンMn，ジルコニウムZr､Th，Ceである。チタン構造用セラミックス陶磁器やガラスなどの材料、いわゆる「焼き物」のような、材料はセラミックスceramicsである。セラミックスは一般的に耐熱性、耐摩耗性、耐食性に優れる。しかし衝撃荷重に弱い。金属とちがい、セラミックスはすべり変形をしないため、延性・展性は乏しい（つまり、基本的にセラミックスは叩いても延びないで、割れたりする）。またセラミックスは圧縮荷重には比較的強いが、引張荷重には弱い。 - ※ 説明の便宜上、構造用セラミックスを先に説明するが、じつはセラミックスは構造材としては、あまり好まれていない。セラミックスは基本的に、金属材料と比べて強度で劣る。 - セラミックスの長所として、基本的に、耐熱性が（金属よりも）高い場合が多いという点である。 - 研究開発では、耐熱性を期待して、ガスタービンなどの表面材料として研究されており、炭化ケイ素や窒化ケイ素が期待されている。強度的にはセラミックスは金属に劣るので、複合材料として、金属の表面にセラミックス成分の多い材料などの開発が研究されている。工業的なセラミックス構造材料としては、酸化物系としてはアルミナ Al2O3 がよく使われている。アルミナのほかにもジルコニア ZrO2 などの酸化物系セラミックス構造材料もある。「アルミナ」とは、酸化アルミニウムのことである。（※ 材料工学・機械工学などの分野では、構造材として酸化アルミニウムを使う場合には「アルミナ」と呼ぶ場合が多い。）非酸化物系としては、炭化ケイ素 SiC や窒化ケイ素 Si3N4 が使われることが多い。セラミックスは共有結合によって結合した材料によって作った個体状の材料である。セラミックは硬度がよく、プラスチックなどと比べて、硬い。共有結合であり、高分子ではなので、ゴムとは違って伸びにくいし、曲がりにくい。傷がつきにくい。しかし、金属結合では無いため、延性がないので衝撃に弱くてもろい。また、成型が困難である。（高分子とは違い融点が高いためと、金属のような延性が無いためから。）耐燃性が良く、セラミックスは高分子とも違い、燃えにくい。融点も高い。 - 生体セラミックス水酸化アパタイト Ca10(PO4)6(OH)2 という物質は、骨の成分のひとつである。（※ ここでいう「有機」「無機」とは、単に高分子化合物であることを「有機」、そうでないことを「無機」と言っている。）これとおなじ化学構造のセラミックで造った人工の骨は、生体と化学的に結合し、安定となる．生体内で安定であり､生体に害を及ぼさない性質を生体親和性 (せいたいしんわせい)などという．さらに生体材料を生体に移植したときに、適切に移植すれば、骨組織などと化学的に結合する材料を生体活性材料などという．あるいは「生体活性がある」などという．水酸化アパタイトは弱アルカリ性の物質である。酸には良く解ける．アルカリには難溶である．骨には65%の水酸化アパタイトが含まれている． - バイオガラスバイオガラスは多量の酸化カルシウムと燐酸を含むガラスである．骨組織との親和性に優れる．水酸化アパタイト、バイオガラスはともに生体活性である。 - 生体不活性アルミナは、生体内で耐食性があり､化学的に安定であり､また､生体に害を及ぼさないので人工骨などに用いられている．アルミナは生体内で骨組織とは化学結合を造らないので、生体活性はない。このような性質を生体不活性という。化学結合を造らないので、体内に固定する場合には、ねじ溝などを作ることにより機械的に固定する。
null	null	熱電対ある種類の違った２種類の金属の両端をつなぎ合わせる。おのおのの接点を異なる温度にする。すると両端の間に電位差が発生し、一定方向に電流が流れる。これをゼーベック効果という。また、この装置を熱電対（ねつでんつい）という。逆に、この回路に電流を流すと、一端では熱が発生し、もう一端では熱を吸収し冷たくなる。この効果をペルチエ効果という。現代では、熱電対は温度計に使われる事も多い。熱電対を原理にもちいた温度計のことを熱電対温度計というが、単に「熱電対」と略す場合もある。（検定教科書では、「熱電対温度計」と略さずに、工業高校の電気系科目の教科書では表記している。）簡便な定電圧源としても、用いられる。歴史的には、オームの法則を発見したオームは、この熱電対をもちいて、電圧を測定および安定化することに成功したことにより、オームの法則を発見できたのである。導電性プラスチックポリアセチレンのように二重結合が交互にある高分子は半導体並の導電率がある。このような結合を共役二重結合という．これにヨウ素をドーピングすると金属並の導電性を持つ。ポリアセチレンAsF5にはシス型とトランス型があるが、型によって導電率が異なる。トランスでは約10-3[S・m]であり、シス型では 10-7[S・m］と大きく導電率が異なるが､ドーピングによって、どちらの型とも10＋5 [S・m]ぐらいの導電性を持たせられる．セラミックスと電気圧電体 - （あつでんたい）水晶に力を加えると、電気が発生することは昔から知られていた。逆に、水晶に電圧をかけると、伸び縮みをする。たとえば上部に正、下部に負の電圧をかけると伸びるときは、逆に上部に負、下部に正の電圧をかけると、縮む。よって交流電圧をかけると伸び縮みを繰り返しふるえる。振動に伴って、音が出るので、ブザーとして使える。水晶のように、力を加えると電圧が発生し、逆に電圧を加えると、ひずみの生ずる材料を圧電体という。圧電体に力をくわえると電圧が発生する。ライターの着火素子に火花を出す仕組みとして使われている。固体電解質セラミックスの一種である二酸化ジルコニウムZrO2に不純物として、CaOやMgOを添加すると、伝導性を持つようになる。これは、たとえば純水に食塩を溶かすと伝導率があがる現象に類似していることから、CaOやMgOのような役割を持つセラミックスを固体電解質（こたいでんかいしつ）という。いっぽう、SiCのような炭化ケイ素は共有結合の要素が強い。（共有性セラミックス）セラミックスも結晶を作ることを、NiO2を例に説明する。セラミックの結晶の大きさは、金属のように大きくは無く、食塩NaClのように結晶は小さく、陽イオンNi2+と陰イオンO2-が交互に並んで結合を作っている。もし、結晶格子中のNiの収まる格子点に空孔があると、斜めとなりの周りのNi二つがNi3+になって電荷の釣り合いを保ち、Ni2+とNi3+との間には電荷が流れるので、伝導性を持つようになる。正孔の濃度が高くなるほど､伝導性が高くなる。 NiO2結晶中に正孔を作る代わりに、酸化アルミニウムAl2O3（アルミナという）のように、価数の異なる金属（Ni2+とAl3+）の酸化物を添加しても伝導性を向上できる．アルミナの変わりに、LiO2のような一価の酸化物（Li+）を導入しても、伝導性を向上できる。実用的には、電池の材料として、電解質を無くして、代わりに固体電解質を用いた電池をつくることにより、液漏れの心配を無くした電池としての活用がされている。「固体電解質」はその名のとおり、もちろん液体ではないので液漏れの心配が無いので、既に心臓用ペースメーカー（cardiac pacemaker [1] ）の電池の材料として、固体電解質を使った電池が用いられている。（※ 電気学会『電気学会大学講座発電工学〔改訂版〕』、2015年改訂版、353ページ）圧電性プラスチック無機材料以外に高分子材料でも圧電性を示すものはある．たとえば、ポリフッ化ビニリデンである。－（ＣＨ2－ＣＦ2）n－これらは圧電性高分子、圧電性プラスチックなどと呼ばれる。セラミックスと光焦電体 - （しょうでんたい）材料が高温のときに、赤外線を通すセラミックスである。透光性セラミックスセラミックスは一般に光を通さないが、超高純度の材料を非常に緻密に焼き上げると、結晶と結晶の間がぴったりとくっついて光を通す透明なセラミックスを作れる。電磁波は誘電体の屈折率の異なるところで反射をするから、材料の隙間がなくなり、材料が高純度ならば、屈折率はどこも一様であるので、材料内部で反射は起こらず、光を通すようになり透明になる。セラミックスレンガレンガ（煉瓦）の主成分は「カオリナイト」という粘土を主成分に、押し固めて、焼き固めたものである。そして、カオリナイトの化学式は Al2O3 ・2SiO2・2H2O であり、つまり主成分は二酸化ケイ素 SiO2 やアルミナ Al2O3 が化合したものである。つまり、シリカとアルミナを焼き固めたものに、レンガの性質は近い。また、じっさいに原材料にシリカとアルミナを押し固めて焼き固めてつくる、特殊なレンガもある。シリカやアルミナは耐熱性や耐食性が高いように、レンガも耐熱性や耐食性が高い。鉄鋼などを融かして作るための溶鉱炉では、耐熱のため、炉内にレンガを内貼りしてある。なお、アルミナは、セラミックスの中では熱伝導性が高く、そのためアルミナの含有量が多いアルミナ系レンガも熱伝導性が高い。溶鉱炉の内貼りレンガでも、熱伝導性が必要な箇所では、アルミナ系レンガが用いられる。ガラスガラスは、化学薬品などへの耐食性が高い。そのような理由もあり、化学実験などの試験管やビーカーなどにも、ガラス製品が用いられる。ほうろう金属の表面に、ガラスを塗りつけてあるものを「ほうろう」という。なお、金属に、直接そのまま塗っても、付着性が悪いので、専用の下塗り剤をもちいて下塗りしてから、ガラスを塗りつける。ガラスの光沢のため、美観がきれいなことから、美術品などで、古くから用いられた。たとえば「七宝燒き」（しっぽうやき）などで、ガラスを表面に用いる場合が、そのような「ほうろう」のガラス工芸美術品である。ガラスが耐食性に強いことから、工業では、「ほうろう」は、金属装置の耐食性を上げるための表面処理としても活用される。化学工業などで、腐食性のつよい化学物質などをあつかう反応装置の容器などに、「ほうろう」に似た技術を用いて、耐食性を上げるという方法もある。その他、ガラスによるコーティングでなく、その他のセラミックス材料でコーティングする場合もある。耐食性だけを考えると、「ほうろう」は理想的なように見えるが、しかし熱膨張率が金属とガラスとで違うことから、温度変化によって、膨張に差が出て、き裂（きれつ）が生じやすく、したがって「ほうろう」は温度変化に弱い。また、「ほうろう」に限らず、ガラス自体の一般的な特性として、ガラス自体が、急激な温度変化に弱い。家電への応用として、市販の炊飯器に、ほうろうを利用した炊飯器がある[2]。その炊飯器を紹介した商業高校教科書『ビジネス基礎』によると、鋳物ホーローは無水炊飯が可能であるとのことである。半導体太陽電池ある種の半導体のＰＮ接合部分に光を当てるとＰにプラス、Ｎにマイナスの電圧が発生するので利用（物理IIで習う光電効果と関連する。）、太陽電池は光を検出するセンサーとしても使える。逆に、発光ダイオード（LED）では、ある半導体のＰＮ接合に順方向の電流を流すと、ＰＮ接合面が光る。薄膜レーザー材料レーザーの材料には、主に固体材料と気体材料があるが、工業高校では固体材料を説明する（液体のレーザー物質も研究されているが、あまり普及していない。）。レーザーの目的は、けっして単なる光ではなく、単色光に近い光を得ることである。たとえば家電のCD（コンパクトディスク）やDVDを読み取るために、ディスクに照射する光は、波長の幅がせまいことが必要である。 - （説明の単純化のため、いったん可視光で説明する。）もし単に、暗い場所をてらすための明かりが欲しいだけなら、白熱電球でも良い。白熱電球の光は、波長幅の広い（単色光でなく、多くの波長をふくむ光）光である。白熱電球のような光は、CDやDVDの読み取りには、向かない。さて、普及している固体材料のレーザーは、種類が大まかに2種類あって、 - ルビーレーザーのようなものと（いわゆる「固体レーザー」）、 - もうひとつは（発光ダイオードのように）半導体ダイオードのpn接合などの接合部分に生じる光を利用する「半導体レーザー」、である。半導体も固体なので、このような分類は本来なら不正確であるが、しかし工学では慣習的にこう分類されている。世間の発光ダイオードで使われる材料が、必ずしもレーザー用とはかぎらないが（たとえば照明目的の発光ダイオードなら単色性（スペクトルの狭さ）は不要）、pn接合などで発光するという原理は似たようなものであるし、実際に工学者も原理は似ていると考えている（※ 参考文献: 電気学会『電気電子材料』、2012年2月10日初版第4刷、117ページなど）。 - ※ 『工業材料』で説明するのは、おもにルビーレーザー方式のレーザー材料である。 - しかし、『電子回路』など他の科目で半導体レーザーも習う。なお、発光ダイオード材料と半導体レーザー材料は、用途が違う場合も多いためだろうか（照明目的のLEDと、DVD読み取りなどは目的が違う）、分類上は区別する。固体レーザールビーは、アルミナ Al2O3 にクロム Cr が分散したものである。ルビーレーザーなどの固体レーザーでは、まず、ルビーなどの材料とは別に、フラッシュランプ（キセノンxeランプなど）が必要である（※ 参考文献: 志村史夫、『材料科学工学概論』、丸善出版、平成16年10月15日第5刷発行、141ページのページ下部の図に「キセノンランプ」の文字あり）。 - ※ 困ったことに、『工業材料』検定教科書にはフラッシュランプのことが書いてない！それどころか、大学教科書にも、上記の参考文献をのぞくと、フラッシュランプが説明されてない教科書も多い。フラッシュランプで得られる光は、周波数が高めでエネルギーが高いが（※ 周波数とエネルギーの関係については、普通科高校の物理2（光電効果のあたり）などを参照せよ）、しかしランプ光はさまざまな波長の光を含んでおり、スペクトルがあまり鋭くない。なので、ルビーレーザーでは、ランプによって得られた光を、ルビーに通して、スペクトルのせまい光を得ている。このように、ランプからの1次的な光を、レーザー材料などに通して、2次的な光を得ている。単に「固体レーザー」といった場合、このような方式のレーザーをいう場合も多い。このような原理のレーザーでは、現代ではイットリウムアルミニウムガーネット(化学式 Y3Al5O12)を母材としたYAGレーザーが有名である。YAGレーザーは、母材はYAGであるが、実際にはレーザー用のYAGには活性物質としてネオジウム（Nd）がさらに添加されている。ここでいう語末の「ガーネット」とは結晶構造のことであり、化合物としての「YAG」自体はイットリウムとアルミニウムと酸素の化合物である。実際の製品化では、さらにこのような固体材料を、鏡を2枚で、はさむこと場合が多い。鏡は、位相（いそう）を揃えるために用いている。ここでいう「位相」とは、高校物理で習う波形の式 A sin(ωt＋θ) でいう θ の部分のこと。なお、ωは角速度、tは時間変数、Aは振幅である。書籍によっては、鏡を使う理由を、フィードバックのように考える書籍もあるが（たとえば『工業材料』の教科書、平成6年初版、平成16年印刷発行）、そのような解釈をしない別書籍もある（たとえばサイエンス社『工学のための無機化学』、橋本和明ほか、2016年新訂第1版）。半導体レーザー - ※ 科目『電子回路』で説明する。くわしくは『高等学校工業電子回路/電子回路素子』で節『レーザーダイオード』あたりを参照せよ。 ※ 範囲外 ※ 範囲外: 光電効果に対する、金属の厚さとの関係金属に対する光電効果が理論どおりに成り立つのは、金属の厚さが、光の波長と比べて、金属の厚さが充分に大きい場合である。高校や大学入試では、光電効果は、充分に、厚さの大きい金属を、光電効果の実験に用いていると考えて、平気である。一方、もし、金属の厚さが、数マイクロメートルよりも厚さのうすくて、薄膜（はくまく）の金属の場合は、光電効果の他に、エネルギー損失が生じるなどの現象が起こり、電子の運動エネルギーが従来の光電効果の予測値よりも低くなるなどのように、従来の光電効果の理論から実験結果が外れる事が、近年の研究によって分かっている。他にも、金属の微粒子で、直径が数マイクロメートル以下の程度の場合にも、同様に、光電効果の理論から外れる。なお、そのような、とても薄い薄膜や微粒子などの作成方法は、薄膜の場合はいったん金属を、密閉容器のなかに入れ、真空ポンプをもちいて容器を真空にして、金属を（電気を対象金属に長すなどして）加熱して気化させてから容器中のガラス円盤などに蒸着（じょうちゃく）させて冷まして作成することで、数十〜数百ナノメートルサイズの薄膜を得られる（真空蒸着法）。微粒子の場合は、さまざまな方法があるが、やはり真空の密閉容器のなかで、金属を加熱して気化させたあとに急冷することで、数十〜数百ナノメートルサイズの微粒子を得られる。このほか、金属イオンを強酸で溶解させて、界面活性剤などで金属イオンを分散させてコロイド状態にすることで微粒子を形成するという方法もある。そもそも、金（きん）などのいくつかの金属元素で、金属イオンが溶解した溶液の色が、人間がさわれるような通常の大きさの金属塊（きんぞく）とは色が少し違っている場合、その原因のひとつが、このような、微粒子サイズになると光電効果の理論から外れることも、金属塊と溶液の色が少し違っている理由のひとつでもある。（※ かならずしも金属塊の色と、溶液の色とが、近いとは限らない。銅のように、まったく色が違う場合もある。銅の金属塊は茶色っぽい赤色だが、しかし銅の溶液は青色であり、まったく色が違う。この銅イオンの青色の理由は、溶液中では銅イオンは、銅イオン1個あたりに水溶液中の水分子が一定の個数ずつ結合しているという、水和（すいわ）という現象が起きているためである。このような現象（溶液中で金属分子1個あたりに水分子が一定の個数ずつ結合）のことを「錯イオン」といい、高校化学で習う。『高等学校化学I/化学結合』を参照せよ。）しかし、この、光電効果と厚さ、粒子径などとの関連についての現象は、理系大学の上級学年のレベルであり、高度に専門的なので、説明を省略する。（なお、くわしくは、「プラズモニクス」物理学や「フォトニクス」工学などの専門書に、書かれている。しかし高校生では読みきれないので、読まなくて良い。理系の大学生でも、読みきれないだろう。）これら（薄膜の場合など）の例外的な現象は、高度すぎて、大学入試には出てこないので、高校生は安心してよい。なお、もし、薄膜の厚さが、さらに薄くなって、0.1マイクロメートル（つまり100ナノメートル）未満くらいの厚さになると、今度は光が金属薄膜を素通りしてしまい（うすすぎる物体を光が通過する現象のことを「エバネッセント光」という）、よって光が吸収されず、また、光電効果もほとんど起きないが、しかしエネルギーの損失は少なるという現象が、近年の研究によって確認されている。（ここら辺、文献が少ないので、もしかしたらwiki編集者が勘違いしている可能性もあるので、読者は鵜呑みにせずに、大学などへの進学後は、必要ならば自分で確認のこと。）また、電気抵抗と膜厚の関係について、膜の厚さをいろんな厚さで電気抵抗を測定する実験をしていくと、膜の厚さが100ナノメートルよりも薄くなるあたりから、急激に大きくなる。（※ 参考文献: 麻蒔立男『薄膜の基本』ソフトバンククリエイティブ、2010年第1版）なお、充分に厚い金属の上に、さらに別種の薄膜の金属を載せることで、光電効果を起きやすくさせるという技術が、すでにブラウン管の時代のテレビモニターの技術として、実用化していた。なお、これらのように、光の波長よりも薄い薄膜や、波長よりも小さい微粒子などをもちいる事で、光の波長よりも小さいものを測定できるので、科学研究用の高精度な測定機器に、すでに応用されている。 ※ 範囲外: 久保効果なお、ナノメートルほどに小さい金属微粒子では、比熱などの物性値も、通常の大きさの金属とは違い、このような現象のことを久保効果（くぼこうか）という。久保効果では、比熱のほかにも、磁化率の温度依存性が、ナノメートルサイズの微粒子と、通常サイズの金属塊（きんぞくかい）では、ちがってくる。久保効果の原因は、『高等学校物理/物理II/バンドギャップ』の記事で説明したような、結晶構造と「ブロッホの式」の関係について、粒子径が小さすぎて、結晶構造をつくれずに、通常の大きさの金属でみられるバンドが、ナノメートルサイズの微粒子では成り立たない事が、原因である。
null	null	高等学校工業建築構造設計加筆・訂正を行ってくれる協力者をお待ちしています。この内容は暫定的な物です。指導要領では次のように教育内容を定めてます。章や節のページ名の命名での混乱を回避するため、各項目のページ名は、指導要領の表現に準拠した名称に統一したいと思います。構造物に働く力 - 構造物と荷重 - 力の釣合い - 支点と反力 - 構造物の安定・不安定及び静定・不静定静定構造物 - 応力 - 静定ばり - 静定ラーメン - 静定トラス部材に関する力学 - 構造材料の力学的特性 - 断面の性質 - はりや部材の変形不静定構造物 - 不静定構造物の基礎 - 不静定ばりと不静定ラーメン各種構造物の設計 - 鉄筋コンクリート構造 - 鋼構造
null	null	高等学校工業材料加工加筆・訂正を行ってくれる協力者をお待ちしています。この内容は暫定的な物です。指導要領では次のように教育内容を定めてます。章や節のページ名の命名での混乱を回避するため、各項目のページ名は、指導要領の表現に準拠した名称に統一したいと思います。目次 - 材料加工技術の発達 - 材料の加工方法 - 鋳造 - 成形 - 焼結 - 機械加工 - 接合 - 特殊な加工方法 - 生産の自動化とプロセス制御 - 計測方法 - 制御方法 - 生産工程の自動化システム - 工業材料の製造管理 - 生産方式と工程管理 - 設備と資材の管理 - 作業の標準化 - 環境管理 - 工業材料の品質管理と検査 - 品質管理の目的 - 品質のばらつきと統計 - 品質保証と検査
null	null	加筆・訂正を行ってくれる協力者をお待ちしています。この内容は暫定的な物です。指導要領では次のように教育内容を定めてます。章や節のページ名の命名での混乱を回避するため、各項目のページ名は、指導要領の表現に準拠した名称に統一したいと思います。工業材料と社会生活工業材料の性質と構造 - 物質の状態と材料の構造 - 変形と流動 - 構造と性質工業材料の検査 - 機械的性質の検査 - 顕微鏡による組織検査 - 計器による検査工業材料の製造 - 金属材料の製造 - セラミック材料の製造 - 高分子材料の製造工業材料の加工 - 工業材料の加工性 - 主な加工法工業材料と環境 - 工業材料と環境保全 - 工業材料のリサイクル
null	null	高等学校工業機械工作各種の工作法このテキストは書きかけです。加筆・訂正を行ってくれる協力者をお待ちしています。主な工作法鋳造高温に加熱して溶解させた金属は流動するようになるから、これを中空の鋳型に流しこんで製品を作ることが出来る。このような、作ろうとする製品と同じ形状の空洞部に、溶かしこんだ金属を注ぎ込んだあと、冷えるのを待って、目的の形状に固まるのを待つ工作法を鋳造（ちゅうぞう、英: casting）という。また鋳造してできた製品を鋳物（いもの、casting ）という。中空部を持ち、溶融金属が注ぎ込まれる型を鋳型（いがた、mold）という。鋳造用に溶かされた金属を、湯（ゆ、molten metal）と呼ぶ。鋳型の材質には、普通は、砂で型を作る砂型（すながた、sand mold）が使われる事が多い。この砂は、けい砂を主成分とし、粘土などを結合剤として混合された鋳物砂（いものすな、molding sand）である。なお、鋳型には金型が使われる場合もある。砂が使われることが多い理由は、繰り返して使うことができ、耐熱性もあり、取り扱いも簡単なのが主な理由である。鋳型の空洞部を作るには、木材などで原型（げんけい、pattern）を用いる。（模型ともいう）このような木材の原型を木型（きがた、wood pattern）という。模型の種類現型（solid pattern）には、次の単体型と割り型との2種類がある。 - 単体型鋳物とほぼ同じ形状(後述する縮み代などのため、若干、鋳物と形が変わる。)を、分割しないで全体が一体になった模型でつくる型。 - 割り型（split pattern）全体を二つ、または二つ以上に分割して作った模型割り型の結合および位置合わせ用に、ダボとダボ穴がある。鋳物の形状に対称性があって、かつ形が単純で、型が砂型の場合、制作の手間を抑えるため、引き型やかき型で型を作る場合がある。製作数は少ない場合に向く。 - ひき型（回し型）砂型で、軸対象な鋳物を作る際、引き板を回転させて、砂型を作る。 - かき型管状のような、軸方向に変化の無い断面を持つ砂型を作る際、板状の模型をスライドさせて砂をかきとって，砂型を作る。中子と外型中子（なかご、core）とは、鋳物に穴などの中空な部分を持たせたいときに用いる砂型である。中空部に相当する砂型を作って、これを外側の全体の鋳型である主型（おもがた、master mold）という。外型ともいう。外型を作る際に、空洞部の所定の位置に中子を組み込むための窪みが必要である。外型の形状を木型で型をとる場合、この窪みに相当する木型の突起部分を幅木（はばき、core print）という。中子を用いるか決める際の注意事項として、中子による中空の鋳物では、薄肉の鋳物は避けなければいけない。仕上がり精度などの理由による。原型の製作での留意事項縮みしろ（縮み代）。鋳込んだ湯（molten metal）は、冷却および凝固に伴い収縮するので、原型はそれを見込んで、あらかじめ寸法を大きく作る。鋳鉄の場合、原型の寸法1000mmあたり、縮み代は8mm ~ 10mmである。鋳造用の主な金属の縮み代をまとめると、おおよそ以下のとおり。（文献により縮み代の数値は、若干、変化する。） - 鋳鉄： 1000mmに付き8～10mm - 鋳鋼： 1000mmに付き16～20mm - 黄銅： 1000mmに付き14mm - Al合金： 1000mmに付き12mm 縮みしろの計算の手間を省くための物差しとして、あらかじめ鋳造計算用に目盛間隔の伸びた物差しである鋳物尺、伸び尺がある。鋳型の材質、寸法、場所などによって違った伸び尺を用いる。仕上げしろ (machining allowance)、削りしろ。仕上げしろとは、鋳物を機械加工して仕上げるための寸法で、模型を大きめに作る。鋳物の表面（黒皮）は粗く、寸法も不正確な場合がある。そのため精密な寸法および表面にするために、表面を削り取る必要がある。なので、加工分を見込んで模型を大きめに作る。鋳鉄の場合は仕上げしろは、ふつうは3mm～5mmである。大きい鋳造品の場合は 5mm～10mmになることもある。抜け勾配（あるいは、抜き勾配）(taper) 模型を鋳型から抜き出しやすくするために、模型を抜き取る方向に広げた勾配をつける。これを向け勾配という。JIS規格に勾配を2/100～5/100と定められている。面取り (rounding)、および、すみ肉。鋳物に角ばった部分があると、亀裂が生じやすい。なので丸みをつける。鋳型の構造 - 湯だまり（ゆだまり）湯が注ぎ込まれる部分。鋳型への湯の経路は、湯だまりから湯口（ゆぐち）、湯道（ゆみち）、せきを通って、鋳型に達する。受け口ともいう。スラグが内部に入らないようにするために鋳物本体の空洞部から距離を離して上に設けている。 - 湯口（ゆぐち）湯だまりからの湯を湯道に導き、鋳型に注ぎ込むための通路。 - 押し湯鋳物の冷却・凝固による収縮によって、そのままでは鋳型の内部に空洞部ができるので、湯を補給するために押し湯が設けられる。 - 上がり（揚がり、あがり）湯が空洞部を満たしてることを見て確認するために設ける、鋳物部分から上方向への穴である。また、他の目的として、ガス抜き穴を兼ね、鋳型内の空気を追い出したり、スラグなどの不純物や酸化物を鋳型の外に出すために設ける。 - ガス抜き穴鋳型内部にあった空気ガスを鋳型外部に逃がすために設ける、鋳物部分から上方向への穴である。鋳型の種類 - 生砂型砂粒に粘結剤と水分を加えて混練した鋳物砂をもちいる。この砂粒は、石英を主成分とする、けい砂である。天然の砂粒はケイ素を主成分とすることが多いので、このようなケイ素を主成分とした砂を生砂という。粘結剤には粘土とかベントナイトbentoniteを用いる。「生砂型」は、「生型」とか「砂型」とも言われる場合がある。鋳物砂の粘結剤が天然由来の粘土の場合、この鋳物砂を「山砂」ということがある。土木用語でいう「山砂」と、鋳造用語の「山砂」は、定義が異なるので注意。 - 金型金属で作った鋳型のことである。砂型よりも製品の肌触りがよく出来る - ベントナイトなお、ベントナイトbentoniteとは岩石名で、主成分としてモンモリロナイトmontmorilloniteやバイデライトbeidelliteを主成分とする粘土の総称であり、火山灰や溶岩が風化して粘土状になったときにできる。ベントナイトを膨潤土とも呼ぶ。 - CO2 プロセス（CO2 precess）、炭酸ガス法無機質自硬性鋳型の一種。原料として - けい砂、 - 濃い珪酸ナトリウム水溶液 Na2 O・n SiO2（水ガラス、珪酸ソーダ）などを混錬する。造型後に、CO2 ガスを吹き込むことで、以下の反応が起こり硬化する。 Na2O・nSiO2 ＋ CO2 →Na2CO3（炭酸ナトリウム、炭酸ソーダ）＋ nSiO2 反応後にアルカリ性の炭酸ナトリウムを生じるのでケイ砂が再利用できない。後述するフラン樹脂を利用した方法が、砂の再利用が可能であり、CO2 プロセスは減っている。 - フラン樹脂型フラン樹脂は、フルフラール（furfural）（C5H4O2。芳香族アルデヒドの一種。示性式は(C4H3O)CHO 。）からや、またはフルフリルアルコール（Furfuryl alcohol）（C5H6O2。構造式C4H3O-CH2-OH）から作られる樹脂の総称。フラン (furan)とは、4個の炭素原子と1個の酸素原子から構成される５員環の複素環式化合物C4 H4Oである。原料として・けい砂、フラン樹脂などを混錬する。これは常温で硬化する、また加熱すれば速やかに硬化する。 - 熱硬化性鋳型例として後述するシェルモールド法のように、熱硬化性樹脂を混ぜた砂で、鋳型を作る方法。 - コールドボックス法コールドボックス法（cold box）は、ウレタン樹脂を混ぜた鋳物砂で作った砂型にアミン系ガス（トリエチルアミンなど）を通気して鋳型を瞬時に硬化させる方法。硬化速度は速い。 - ジョルトスクイーズ造型機（jolt squeeze molding machine）溶解炉溶解炉には、コークスの燃焼熱を用いるキュポラcupola furnace、るつぼ炉、アーク熱を用いるアーク炉arc furnace、地金に誘導電流を流し抵抗熱で溶かす誘導電気炉などがある。キュポラ - 構造キュポラは、地金とともに入れたコークスの燃焼熱で地金を溶かし鋳物を得る溶解炉である。たいていの構造は、鈑等を円筒形に加工した構造物が縦型に設置され、その内壁には耐熱れんがや耐火モルタルで内貼り（lining）している。下部には空気を送るための羽口がある。炉内にコークスを積み（ベッドコークス）、その上に地金とコークスを装入する。 - キュポラの操作方法地金の溶解方法は、炉の底の薪やコークスに着火し、その上に初込めコークスを投入する。羽口（はぐち）から送風機で空気を送って火を強める。初込めコークスが全体的に燃え始めてから、挿入口から地金と石灰石を入れ、ついで追い込みコークスを入れる。くわえた石灰石の役目は、不純物の酸化鉄や砂、灰分に流動性を与える溶剤（flux）である。るつぼ炉るつぼに入れた地金をその外部から重油、都市ガスなどの燃焼熱で熔解するアーク炉 arc furnace 。アーク放電時に強い熱（アーク熱）と光が放出される。アーク炉ではアーク熱を利用して材料を溶解する。エルー式電気アーク炉が有名である。電極は消耗するので、必要に応じて繰り出す。アーク炉は電弧炉ともいう。誘導電気炉 induction furnace。一次コイルに高周波電流を流すことで，誘導電流を地金に生じさせ地金を抵抗熱などで溶解させる。誘導電流による熱のメカニズムには鉄損や銅損、ジュール熱やヒステリシス損など様々あるが、それの解説は機械工作の目的とは離れるので、本書では電気磁気学的な考察には立ち入らないとする。電源周波数には50Hzまたは60Hzぼ商用電源を用いる低周波誘導電気炉と、500Hz～10000Hzの電源周波数を用いる高周波誘導電気炉がある。特殊鋳造法ロストワックス法 Lost wax casting（インベストメント法Investment casting）。まず鋳造する製品と同じ形状の原型を、ワックスwax（ろう）などの融点の低い材料で製作する。次に原型の周囲を耐火性の鋳型材料で焼き固める。耐火性の鋳型材料には、例えば、けい砂にエチルシリケート水溶液を混ぜたものを使う。このとき原型のワックスは熱で溶けるので、そしてワックスを流出させる。こうして鋳型が完成する。シェルモールド法 shell mold process 。けい砂に熱硬化性樹脂のフェノール樹脂や尿素系樹脂などのプラスチックを混ぜた型砂を、加熱した金型にかけて硬化させ、鋳型の硬化に利用している。型砂にはフェノール樹脂を5%くらい混ぜた砂をレジンサンドとして用いる。または、けい砂の表面を熱硬化性樹脂で被覆したレジンコーテッドサンドを用いる。このレジンサンドを、あらかじめ加熱した金型にふりかけてレジンサンドが硬化しシェルとなる。これを砂で周辺を固めて鋳型とする。シェルモールド造型機によって作られる。利点は - 通常の砂型を使用した鋳物と比較して、寸法精度が高い。 - 機械製造のため、大量生産に適している。 - 未使用の鋳型は、水分を含まないため長期保存が可能。欠点は - 鋳造時には粘結剤が加熱され臭気を発する。 - 鋳物砂を再利用が原則として不可能。ダイカスト（Die Casting）。まず精度の高い金型（ダイス）を作り、金型に溶融した金属を、加圧注入装置を用いて高圧で注入し、凝固させる方法。鋳造にはダイカスト機（Die Casting machine）を用いる。金型を用いるので、砂などの混入がなく、高い寸法精度の鋳肌の優れた鋳物を、一工程で得られる。大量生産する場合に用いる事が多い。金型を使うので、融点の高い鋳物には適さない。ダイカスト法で使用する金型は、鋳造したダイカストを取り出せるように少なくとも2つの部分よりなっている。金型には型抜き方向にテーパーが必要である。ダイカストはダイキャストとも言われる。欠点 - 空気の巻き込みや不充填ダイカストでは鋳造時に溶湯を高速・高圧で金型に圧入するため、金型内の空気や離型剤を製品に巻込みやすい。その結果、不良として製品内部への空気の巻き込みや不充填などが起こりやすい。このため、強度が必要な製品には適さない。 - 鋳物が一体にならない不具合砂型に比べ金型は熱伝導率が高いため、溶湯の冷却（凝固）速度が高く、温度差から溶湯が溶け合わないことがあり，、いわゆる湯境（ゆざかい、cold shut）が発生しやすい。なので大型品や肉厚品などへの適用が難しい。低圧鋳造法低圧鋳造法（low pressure casting）は、密閉された、るつぼ内に、圧縮空気（差圧は1気圧以下）などを吹き込み、浴湯を押し上げて金型に注ぎ込むようにした方法である。金型の注湯には、金型下部の給湯管（ストーク、導管）を通じて、溶湯が低速かつ低圧で注入される。高圧鋳造 High Pressure Die Casting 遠心鋳造法遠心鋳造（Centrifugal casting）あるいは遠心鋳造法（Centrifugal casting process）は、鋳型を軸周りに回転させながら、鋳型に溶湯を注入し、溶湯に作用する遠心力によって内壁に押しつけることを利用した鋳造法。パイプやピストンリングなどの中空の鋳物を作る場合に用いられる。遠心鋳造の特長は、 - 中子を用いずに中空の鋳物が生産できる。 - 湯口や押湯を必要としないで済みやすく、歩留りが向上する。 - 遠心分離の原理で、不純物は分離しやすく内面に浮上しやすい。そのため、内部に不純物や気孔などが少なくなるので、強度が良くなる。欠点は、 - 溶湯の合金の種類によっては、遠心力で偏析されることがある。 - 厚肉品では困難。一因として、外周部と内周部にかかる遠心力が異なるため。金型鋳造法Ｖプロセス法減圧鋳造法（Vacuum Sealed Moulding Process）のこと。砂型の材料となる砂を、密閉して減圧すると、砂粒子が結合し粘結剤がなくても結合することを利用したもの。フルモールド鋳造法フルモールド鋳造法（Full mold casting ）とは発泡ポリスチレンで作った模型を、鋳型に埋め込み、造形後、発泡ポリスチレン模型を型抜きせず残したまま、溶湯を注入し鋳物を製造する方法。注入された溶湯の温度で樹脂は燃焼してガス化するので模型部に浴湯が充填する。ガスや燃えかすが不良の原因になるので、ガス抜きなどが必要になる。用語集 - 鋳造法 - 金属を溶かして型に流し込み、冷やして成形する方法。 - 砂型 - 砂を型枠に詰めて作る鋳型。 - 金型 - 金属で作られた鋳型。 - コークス - 石炭を加熱して得られる炭素質物質。 - 鉄鋳物 - 鋳造法で作られる鉄の製品。 - アルミニウム鋳物 - 鋳造法で作られるアルミニウムの製品。 - スラグ - 鉄や鋼の製造過程で出る不純物や廃棄物。 - 冷却水 - 鋳造時に金属を冷やすために使われる水。 - 浸漬 - 鋳造品を加工する前に、水中に浸して急冷すること。 - 線引き - 鋳造品の表面に溶接のための線を引く作業。 - 切断 - 鋳造品を切り分ける作業。 - チルドレン - 鋳造品の外形に沿って、金属の冷却速度を調整するために設置される部材。 - 熱処理 - 鋳造品を加工する前に熱を加え、硬さや耐久性を調整すること。 - メッキ - 鋳造品の表面に金属を蒸着させること。 - フィン - 鋳造品の表面に複数の凹凸をつけ、熱伝導面積を増やす。 - ライニング - 鋳造物内部に耐火物を貼り付け、耐火性や酸化防止性を高めること。 - テンパリング - 鋳造物を高温で加熱してから急冷し、硬度を調整すること。 - 溶解 - 金属を加熱して液体化すること。 - 熔解 - 金属の混合物を解体し、成分を分離すること。 - スカム - 溶解時に表面に浮かび上がる不純物質。 - ガス射出法 - 金属を高圧ガスで射出して成形する方法。 - ロストワックス法 - 精密な金型を作り、それを元にワックスの型を作って鋳造する方法。 - 圧延 - 鋳造した製品を圧力をかけて整形すること。 - 鍛造 - 熱した金属を打ち出して成形すること。 - 突水法 - 鋳造品を冷却水に入れて一気に冷やすことで、硬度を高める方法。 - 細分鋳造 - 鋳造を細かく分け、高精度な製品を作る方法。 - サンドブラスト - 砂を高速で吹き付け、表面を磨くこと。 - ハンマー鍛造 - 手作業で熱した金属を叩きながら成形する方法。 - 真空鋳造 - 無酸素環境の中で鋳造する方法。 - ナノ鋳造 - ナノテクノロジーを使って微小な精度で鋳造する方法。 - 自由成形鋳造 - CADソフトで設計した金型を使って自由な形状の製品を作る方法。溶接溶接( Welding )とは、複数の金属を加熱し、溶かして一体化させる加工方法です。溶接は鋳物、鍛造、接着技術と並ぶ、金属加工の基本技術の一つです。溶接の技術が進化するにつれ、自動化・高速化、多様な材料の溶接・接合が可能となり、自動車産業から航空宇宙産業、原子力発電所など、多岐に渡る分野で活躍しています。本章では、溶接の基本原理や用語、種類、材料の溶接方法などについて解説します。加えて、溶接における安全管理やトラブルの対処方法についても取り上げます。溶接を行う際には、加工材料や環境に応じた適切な技術を選択し、安全に作業を行うことが重要です。塑性加工塑性加工( Plastic working )とは、加工対象物の塑性変形を利用することで形状を変える加工方法の一つです。この方法は、金属をはじめとする多くの材料に広く用いられ、様々な製品を生産する上で欠かせない技術の一つです。塑性加工には、圧延、引張り、曲げ、打ち抜き、鍛造などの方法があり、それぞれ異なる加工原理と工程があります。本章では、これらの加工方法について詳しく解説し、描画や実験を通じて、その工法の理解を深めることを目的としています。また、本章では、塑性加工において欠かせない材料の選択や加工工具の設計など、加工に必要な要素についても触れます。これらの知識を身につけることで、より効率的な塑性加工を行うことができます。切削切削( Cutting )とは、加工物に対して工具を回転させたり前進させたりすることによって加工する手法です。この手法によって、機械加工において必要な形状や寸法を正確に作り出すことができます。切削に必要な要素としては、適切な刃先形状と刃先材料の選定、適正な回転数と送り速度の設定、適切な冷却・潤滑の導入などが挙げられます。本章では、各種の切削工具やその適正な使用方法について解説を行います。また、工作作業において欠かせない切削加工について、基本的な規則や注意点についても説明します。用語集 - 切削速度（Cutting speed）：切削工具の回転速度と被削材との接触面（切削速度）の速度のこと。 - 送り速度（Feed rate）：工作物が工具から加工される速度のこと。 - 深さ（Depth of cut）：被削材から削り取る量。 - チップ（Chip）：切削加工時に発生する金属くず。 - フライス盤（Milling machine）：切削加工を行う機械。 - レーザーカッター（Laser cutter）：レーザーを用いて素材を切断する加工機。 - CNC工作機械（CNC Machine）：デジタル信号などを用いて、高精度な自動加工を行う機械。 - ボーリング（Boring）：既存の穴を広げる加工。 - ターニング（Turning）：旋盤を用いて棒状の素材を回転させ、切削する加工。 - スクリューマッハイニング（Screw Machining）：自動旋盤を用いた高速かつ効率的な加工方法。研削研削( Grinding )とは、工作物の表面を研磨する工作法の一つです。この工程を行うことによって、工作物の形状の精度や表面の仕上げを向上させることができます。また、研削によって材料の強度を向上させることができたり、摩擦抵抗を減少させることができるといった効果もあります。研削は、砥石と呼ばれる専用の工具を用いて行われます。砥石は、様々な種類の材料や形状があり、研削する工作物に合わせて適切な砥石を選択する必要があります。また、研削には、適切な加工条件や冷却液の使用が必要です。この章では、研削についての基礎知識や、砥石の選び方、加工条件や冷却液の使用方法などについて解説していきます。実際に研削を行い、工作物の表面を高精度かつ美しく仕上げる技術を身に付けましょう。用語集 - 研削：回転する砥石を用いて、物体を削り取る加工方法。 - 砥石：砥料を合着剤に練り込んで成形し、焼成してできた研削用の工具。 - 粒度：砥粒の大きさを示す指標。番号が小さいほど細かい砥粒で、削り取り精度が高い。 - 砥粒：砥石の成分で、物体を削り取るための鋭利な粒子。 - 良好度：研削加工で表面の粗さを示す指標。表面が均一であるほど良好度が高い。 - 直線研削：平面研削とも言い、平面状の物体を削るための研削加工方法。 - 円筒研削：円筒状の物体を削るための研削加工方法。 - 内径研削：内径に砥石をあてて削る加工方法。 - 外径研削：外径に砥石をあてて削る加工方法。 - センターレス研削：中心をとらずに物体を削る加工方法。 - スルーフィード研削：物体を研削しながら進める加工方法。 - プランジ研削：物体を一定量研削し、進める加工方法。 - 仕上げ研削：良好度を高めるため、最後に行う研削作業。 - ドレス：砥石表面の砥粒を整える作業。 - トラバース：砥石を物体に対して直角方向に進める作業。 - フィードレート：砥石を物体に対して進める速度のこと。 - グラインダー：研削機の一種で、砥石を回転させることで物体を削る。 - サーフェスグラインダー：平面研削に特化したグラインダー。 - センターレスグラインダー：センターレス研削に特化したグラインダー。 - 内面研削盤：内径研削に特化した研削機。 - ウエストン式研削盤：円筒研削に特化した研削機。 - 研削液：研削時に使用する冷却・潤滑剤。 - 液温管理：研削液の温度を管理し、研削時の品質を保つこと。 - 漏れやす：研削液の滲み出しやすい性質を持つこと。 - 形状安定性：砥石が削り取る物体の形状に応じて変形しない性質。 - 砥石の磨耗：使用によって研削能力が低下する現象。 - 面荒れ：砥石表面が粗くなって削り取りが甘くなる現象。 - 砥石交換タイミング：研削能力が落ちた砥石を交換する時期。 - 積層砥石：複数の砥粒・合着剤を重ね合わせて作った砥石で、高い削り取り能力を持つ。 - 一体砥石：砥粒と合着剤が一体となって作られた砥石で、安定した研削能力を持つ。 - ダイヤモンド砥石：ダイヤモンドを砥粒に用いた、高硬度で高精度・高品質の砥石。 - セラミックス砥石：セラミックスを砥料に用いた、高耐久性を持つ砥石。特殊な工作法鋳造放電加工放電加工( electric discharge machining )とは、金属加工技術の一つであり、電気放電を利用して金属を加工する方法です。放電加工には、ワイヤーカット放電加工、電極放電加工、穴あけ放電加工などがあり、それぞれの特性に応じた加工が可能です。この技術は、精密な金属加工に欠かせないものであり、自動車や航空機、医療機器などの分野で広く活用されています。本章では、放電加工の基本的な原理や種類、さらには応用例について詳しく解説していきます。加工技術に興味のある方や、専門的な知識を身につけたい方にとって、有用な参考書となることでしょう。用語集 - 放電加工（electric discharge machining）- 電気放電を利用して、金属を削り取る加工技術。 - 放電電極（electrode）- 放電加工で用いられる導電性の棒や板。 - 作業材料（workpiece）- 放電加工で加工される、金属の材料。 - 電解液（dielectric）- 放電加工の過程で、放電を制御するための導電液。 - 放電部（spark gap）- 電極と材料の間にある間隔。 - ジャンプ機能（jump function）- 放電電極を素早く移動させる機能。 - 開始加工位置（start position）- 作業材料の加工開始位置。 - 終了加工位置（end position）- 作業材料の加工終了位置。 - ステッピングモーター（stepping motor）- 電気的信号をもとに、正確な位置決めを行うモーター。 - ワークタンク（work tank）- 電解液を満たすタンク。 - ジェネレータ（generator）- 放電加工のための電源装置。 - 入力電圧（input voltage）- ジェネレータに入力される電圧。 - 放電の電力（discharge power）- 放電によって放出されるエネルギー。 - 熱力学的効率（thermodynamic efficiency）- 放電加工におけるエネルギー変換の効率。 - アーク形成（arc formation）- 放電加工の過程で、放電によって焼けた一部が、アークとして残る現象。 - 溶融層（melted layer）- 放電によって作業材料から溶けた部分。 - 放電されるエネルギー（discharge energy）- 放電に利用される電力の量。 - 材料特性（material properties）- 放電加工対象の材料の特性。 - 誘電率（dielectric constant）- 電解液の導電度を示す物理学的定数。 - 表面仕上げ（surface finish）- サビや傷を取り除き、滑らかにする加工のこと。 - 異方性（anisotropy）- 同じ材料でも、物理的特性が方向によって異なる現象。 - 放電パルス（discharge pulse）- 電極に流れる放電の電気パルス。 - 放電領域（discharge area）- 放電する領域。 - ワークテーブル（worktable）- 作業材料を支えるテーブル。 - 放電測定器（discharge monitor）- 放電に関する電気的パラメータをモニターする器。 - 露出量（exposure）- 作業材料表面における放電加工の深さ。 - エッジ効果（edge effect）- 材料のエッジ部分で生じる放電の現象。 - 絶縁材料（insulator）- 電気を通さない素材。 - 散熱機構（cooling mechanism）- 放電加工で発生する熱を逃がすための機構。 - 放電加工機（EDM machine）- 放電加工を行うための機械。 - 精度（accuracy）- 加工された作業材料の寸法精度。 - 加工時間（processing time）- 作業材料を加工するために必要な時間。電解加工電解加工( Electrochemical Machining )は、金属加工の一つであり、電気化学的腐食法とも呼ばれます。この技術では、導電性の金属を電解液中に浸して、電極として電流を流すことで、精密な形状を持つ微細な穴あけや切削加工を行うことができます。電解加工は、他の金属加工法では難しい高硬度材料の加工が可能であり、また、加工後の表面粗度も非常に滑らかであるため、精密部品の製造に広く利用されています。本章では、電解加工の基本原理や具体的な加工方法について解説し、読者の皆様にとって有益な知識を提供することを目的としています。用語集 - 電解加工 (Electrochemical Machining): 電気化学的作用を利用して金属を加工する方法。 - 電極 (Electrode): 電解加工において電力を供給するために使用される導体。 - 陽極 (Anode): 電解加工において溶解性のある金属部品を含む作業ピースに接続される極。 - 陰極 (Cathode): 電解加工において電極として使用される金属部品。 - 電解液 (Electrolyte): 電解加工に使用される導電性の高い液体または溶液。 - 電容 (Capacitance): 電解加工における陽極と陰極の間に形成される電気的な容量。 - 電気化学反応 (Electrochemical Reaction): イオン化合物と他のイオンまたは電子との化学反応。 - パルス電圧 (Pulse Voltage): インパルス電源を使用して、短い時間内に高い電圧を生成する方法。 - パルス幅 (Pulse Width): パルス電圧が生成される時間の長さ。 - パルス間隔 (Pulse Interval): 連続したパルスの間隔。 - パルス時間比 (Pulse Duration Ratio): パルス幅とパルス間隔の比率。 - 電極寿命 (Electrode Life): 電解加工において使用される電極の寿命。 - 精度 (Accuracy): 電解加工で加工される形状の正確さ。 - 粗さ (Roughness): 電解加工で加工された表面の不均一性。 - オーバーカット (Overcut): 電解加工で加工された表面の削り過ぎ。 - アンダーカット (Undercut): 電解加工で加工された表面の削り足りなさ。 - 加工時間 (Machining Time): 電解加工のために必要な時間。 - 除去率 (Removal Rate): 電解加工で取り除かれる金属の量。 - 密度 (Density): 電解加工によって得られる部品の密度。 - 活性化 (Activation): 電解加工によって活性化された金属表面の化学的特性。 - 切削力 (Cutting Force): 電解加工によって発生する切削力。 - 選択性 (Selectivity): 電解加工において、特定の部位にのみ作用する能力。 - 余剰成形 (Overforming): 電解加工によって精密成形されたときに生じる部品の余剰量。 - 窒化 (Nitridation): 電解加工によって形成される窒化物の層。 - クロムめっき (Chrome Plating): 電解加工によって形成されるクロムめっきの層。 - 耐食性 (Corrosion Resistance): 電解加工によって形成される部品の耐食性。 - 金属結晶の相 (Metallic Crystal Phase): 電解加工によって生成される金属部品の結晶構造の相。 - 電位降下 (Voltage Drop): 電解加工において、電解液中のイオンの移動による電力損失。 - 電荷密度 (Charge Density): 電解加工において、一定面積あたりに供給される電荷の量。 - 電解加工装置 (Electrochemical Machining Equipment): 電解加工に使用される設備や機器。 - ワイヤ電解加工 (Wire Electrochemical Machining): 金属ワイヤを使用して、部分的に電気化学的反応を起こすことで金属を切削する方法。 - ミクロ加工 (Micro-Machining): 微小部品や構造を加工するための電解加工。参考文献 - 日本機械学会編、『機械実用便覧』改訂第6版、丸善株式会社、2006年。 - 嵯峨常生・中西佑二編、『機械工作1』、実教出版、平成25年（西暦2013年）。文部科学省検定済教科書。 - 嵯峨常生・中西佑二編、『機械工作2』、実教出版、平成25年（西暦2013年）。文部科学省検定済教科書。 - 大西久治、『機械工作要論』第3版、理工学社、2005年。 - ウィキペディア記事「フルフラール」。参考時のリビジョンは2013年5月1日 (水) 11:22。 1.『機械実用便覧』は用語の確認や機械学会での見解の確認に使用した。2.『機械工作1』および3.『機械工作2』は高校での教育範囲の確認および、文部省の見解の確認に使用した。5.フルフラールは、鋳造鋳型用樹脂でのフラン樹脂の物性確認などに使用した。
null	null	加筆・訂正を行ってくれる協力者をお待ちしています。この内容は暫定的な物です。指導要領では次のように教育内容を定めてます。章や節のページ名の命名での混乱を回避するため、各項目のページ名は、指導要領の表現に準拠した名称に統一したいと思います。進捗状況の凡例目次 - 機械と設計 - 機械に働く力 - 機械に働く力と運動 - エネルギーと仕事及び動力の関係 - 材料の強さ (2013-09-04) - 機械部分に生ずる応力とひずみの関係 - 機械部分の形状 - 機械要素と装置 (2013-09-04) - 締結要素 - 軸要素 - 伝達装置 - 緩衝装置 - 管路・構造物・圧力容器 - 器具と機械の設計 - 器具の設計 - 機械の設計 ※ 以上、指導要領で定めてある単元名。その他指導要領にない話題はこちらで。
null	null	高等学校工業機械設計/材料の強さ科目「機械設計」では、材料力学とよばれる学問と、機械要素とよばれる機械工学の一分野を中心に扱う。この節は材料力学の内容に相当する。機械部分に生ずる応力とひずみの関係本節について。本節では、「材料力学」とよばれる学問分野を扱う。主に、材料の材料の強度を計算するために力学を用いる学問である。なお、似た名前で「材料科学」や「材料工学」などといった学問があるが、それらは物性を中心に扱うので、材料力学とは別の分野である。本題に入る。応力初学者には面をくらうかもしれないが、まず、教育目標として次の式を見ていただきたい。この節では次の式の意味を理解できるように説明をしたい。上式の内容は「応力＝荷重断面積」である。上式の内容は「応力＝ヤング率ひずみ」である。この説では、これらの式と用語を理解できるようにするための説明する。機械で用いる材料には、太さや大きさといった性質が当然、存在する。直感的に、太い材料のほうが強度が高いと思うだろう。まず、説明の簡単化のため、材料が鉄鋼製で、太さが均一な丸棒、あるいは太さが均一な角棒を考えるとする。機械工学では、このような太さを持った材料に荷重をかけたときの強度を考察する必要がある。このような概念を定式化するとする。このような棒を引っ張った時に、当然、棒が太いほうが丈夫であるだろう。棒の太さは断面積（単位はmmミリメートル）で定式化すれば良さそうである。なお、単位にミリメートルを用いる理由は、機械工学の図面では一般的にミリメートル単位で寸法を支持することが多いからである。この棒には、特に切欠きなどの形状欠陥がないとする。また、中は詰まっていて、中空ではないとする。ここでは、中空の場合は詳しく説明しないが、もし中空などの場合は、断面積をその空洞の分だけ差し引きすればいい。元の話題に戻る。棒の形状が、丸棒か角棒かを統一したほうが、以降の話がしやすいので、とりあえず丸棒を引っ張るときの力の挙動を考えよう。このような棒に引っ張ったとする。このとき棒の一端は固定しているとする。別のもう一端を引っ張るとしよう。（以上の説明で、圧縮を例にしなかったのは、圧縮の挙動では座屈という曲げがおこり、初学者には複雑なため。）棒を固定した理由については、そもそも棒の一端を固定せず自由にした場合には、棒の片方を引っ張っても、引っ張りに引きづられて棒が運動するだけで、棒の内部にひずみが生じないからである。また、前提として、金属材料のような弾性のある材料を想定している。セラミックやコンクリート、岩石などの弾性の少ない材料にも応力は定義できるが、あまり初等的では無いので、まずは弾性材料について応力の定義を解説したい。塑性変形についても応力は定義できるが、やはり初等的ではないので、まずは弾性ひずみの材料の場合の応力を定義したい。なお、地球科学などでは、岩石や岩盤の力学解析などにも応力による解析を用いている。本書は機械工学の教科書だし、それに金属材料で説明したほうが実験も容易なので、金属材料の場合を中心に応力を説明する。弾性変形と塑性変形弾性変形と塑性変形の違いを概略で言うと、以下の通りである。 - 弾性変形 - 負荷をやめたら、元の形に戻る。 - 塑性変形 - 負荷をやめても、変形した状態のままである。応力（stress）とは、材料がある荷重W（単位はN、ニュートン）を受けたときに、材料内に生じる単位面積当たりの力のことをいう。応力σが材料の断面（断面積A）に一様に分布し、変形も一様に起こるとすると、応力は次のようになる。 - 応力＝荷重断面積応力と似た用語で内力というのがある。違いは以下のとおり。物体に外部から力が作用するとき，その反作用として物体内に生ずる力を内力という。そして、この内力の、断面積の単位面積あたりの力を、応力という。応力の単位物理学などの分野の国際単位系(SI; Système International d'unités)では、1平方メートルあたりに１ニュートンの力がかかる応力や圧力である 1 N/m2のことを、パスカル単位Paの1 Paで表す。つまり、 - 1 Pa = 1 N/m2 である。ニュートン単位については、一般的な物理（高校以上）の教科書で扱われるので、それらの力学の説明を参照のこと。ニュートン単位の概略を説明すると、1ニュートンとは、摩擦などの抵抗がない場合に、物体に1ニュートンの力を加える事で質量1kgfの物体に加速度1m／s2を生じさせる力である。 - 1 N = 1 kg·m / s2 である。 SIで、ニュートンNも認められている力の単位である。応力の話題に戻る。Pa単位のままでは、応力の桁数が大きくなるため不便なことが多く、そのためPaにSI接頭語のメガ（106倍）のMや、ギガ（109倍）のGをつけて、MPaメガパスカルや、ギガパスカルGPaで表すことが多い。また、機械工学ではPa単位の他にも応力の単位に、機械工学での一般的な面積の単位がmm2のため、応力の単位にN / mm2を用いることもある。1 N / mm2 は1 MPaと等しい。 - 単位系に関しての補足事項 - 工学単位系なお、力の定義には、かつてはSIとは別の工学単位系ではkgf（質量１キログラムあたりに地上での重力加速度gをかけた力）などの定義（重力単位系）が用いられたこともあったが、現在ではSIによる国際標準化の推奨のため、kgfなどの単位はあまり用いられない。ただし、工場などでは古い機械設備などで荷重の単位にkgf単位が使われている設備もある。現在の機械工学では、単位系はなるべくSIを用いるのが望ましいとされる。公称応力応力が均一と仮定した場合の応力を、公称応力や真応力という場合もある。公称応力は、弾性変形前の、初期の断面積で割った場合の応力である。真応力は変形中の断面積で割った場合の応力である。なお、厳密には実際の応力は、応力分布が均一ではない分布になることがある。しかし、厳密計算だと難解であり初等的でないので、公称応力や真応力で工業での実用上の計算をするのが一般的である。ひずみ次に、「ひずみ」について説明する。日常では、金属のひずみには、なじみが無いかもしれない。読者は、金属のひずみを知らないかもしれない。しかし、金属材料を引張試験機については材料工学や機械材料などの教科書を参考にしてもらいたい。この引張試験を教育内容で扱う工業高校の科目には、材料系科目「工業材料」や機械系科目「機械工作」などがある。詳しくは、それらの科目を参照していただきたい。公称ひずみの定義で、ひずみを説明する。変形前の元の長さをLとして、これがΔLだけ伸びて、長さがL1＝L＋ΔLとなったとき、ひずみεは、である。単位は、以上の式より、無次元量である。この伸ばした時の、伸びの分のひずみを、後述する横ひずみ特別して「縦ひずみ」や「垂直ひずみ」という場合もある。何故、わざわざ「単位長」あたりの伸びで、ひずみを定義するかというと、こう定義すると、試験材料の元の長さに依存せず、後述するが応力とひずみの比（これをヤング率と言う。）を、ほぼ物性値として扱えるようになるからである。横ひずみなお、材料を伸ばした時、引張方向に水平な方向には材料は細められるが、この水平方向の縮んだ分のひずみを横ひずみという。太さがd[mm]だった材料が伸ばされたことにより、太さの縮みがΔdだけ縮んで、となった時、横ひずみεdの定義はである。垂直ひずみと横ひずみは、このように同時におこる。従って、これ等の相関を数値にまとめると便利である。そのため、それらを比にしたポアソン比(Poisson's ratio)という量がある。ポアソン比は、この縦ひずみと横ひずみの比である。定義は、である。定義式にマイナスが付く場合もある。ポアソン比の単位次元は無次元量である。工業高校では、ポアソン比の計算は詳しくは扱わない。紹介だけに留める。以上の説明により、応力とひずみの定義をした。ここで公称応力と、公称ひずみの関係をまとめておこう。また、真応力と真ひずみの関係をまとめておこう。公称応力と公称ひずみ - 公称応力初期面積で荷重を割った応力。 - 内力/初期面積 - 公称ひずみ初期長さで変化量を割った、ひずみ。 - 初期長さからの変位初期長さ真応力と真ひずみ - 真応力変形中の面積で考えた応力。 - 内力面積 - 真ひずみ変形中の長さで考えたひずみ。 - 変位長さ公称応力を用いるときには、ひずみにも公称ひずみを用いるのが一般的である。真応力を用いるときには、ひずみにも真ひずみを用いるのが一般的である。ヤング率応力とひずみは、応力があまり大きくなりすぎないうちなら、ほとんどの金属材料で、その範囲内では、応力とひずみは一次式で比例する。いわゆる比例限度（proportional limit）や弾性限度（elastic limit）の以内なら、ほとんどの金属材料で、応力とひずみは一次式で比例する。というより、そもそも、上記の比例限度での応力とひずみの説明は、比例限度や弾性限度の定義そのものである。（厳密には異なる。詳しくは材料工学などを参照して頂きたい。）とにかく、この応力とひずみとの比例係数を、定義すると便利である。 - ヤング率応力とひずみの比例係数はヤング率（Young's modulus）として定義される。以下のようにしてヤング率Eを定義する。あるいはとして、応力とひずみからヤング率を以上のように定義する。ヤング率は、弾性体における単位ひずみあたりの応力の比例係数である。実験的にヤング率を求める場合は、引張試験を行い、応力-ひずみ線図（stress-strain curve）から求めれば良い。ヤング率Eの単位は[MPa]あるいは[GPa]である。接頭辞のメガM、ギガGがつくのは、数値が大きく、Paだけでは桁数が多く不便だからである。鋼のEはおよそ200GPaである。ヤング率Eを縦弾性係数という場合もある。このような法則を、比例限度の範囲内で応力とひずみとが一次式で比例するという法則を、フックの法則（Hooke's law）という。ヤング率に関する公式は、フックの法則の一例である。せん断応力 - せん断荷重せん断荷重とは、考えてる面に平行に向く応力である。区別のため、引張荷重との違いを言うと、引張荷重は考えてる断面に垂直にかかる荷重である。想像としては、ハサミで紙を切る時をイメージしていただければ良い。「せん断」というのは、力が大きれば、当然、材料をせん断するからである。せん断荷重の説明に戻る。 - せん断応力複数の試験材料があったとして、おなじ大きさのせん断荷重がかかっても、その試験材料の太さによってせん断のされやすさは当然異なる。だから、考えてる面の面積あたりのせん断荷重を計算する必要があるので、応力として、せん断応力が定義される。せん断応力（shear stress）τを定義すると、以下のようになる。せん断荷重がW[N]として、考えてる対象の面積をA[mm2]とすると、せん断応力τ[MPa]は、となる。（Paの倍数がメガMのMPaなのは、N/mm2 = MPaの換算のため。）せん断応力での面積は、せん断荷重W に平行な面積をとる。 - せん断ひずみ次に、せん断ひずみを定義する。せん断ひずみ（shear strain）をγとする。元の長さをLとして、定義式はとして、せん断力を加えたことにより、面に水平方向にΔLだけ傾いた場合は、となる。また、このときの傾きの角度が微小角φとすると、幾何学よりが成り立つ。微小変形なので、近似式tan φ≒φが成り立つ。以上により、せん断に関して、せん断応力とせん断ひずみが定義された。 - 横弾性係数引張ひずみと同様に、せん断にも、せん断応力とせん断ひずみとの比例係数を定義できる。これを横弾性係数(Modulus of Rigidity)という。横弾性係数G[MPa]の定義は以下のようになる、となる。参考値として、鋼の横弾性係数Gは、およそ80GPaである。熱応力熱応力について説明する。両端を固定されて拘束された材料に、熱が加わる場合を考える。もし、固定がなければ熱膨張によって材料は膨張しようとする。だが、材料が固定されているため、膨張できない。そのため、材料の内部に圧縮応力が生じる。逆に、固定された物体が冷却されても収縮できないので、固定により引張応力が生じる。このように温度変化によって、固定された材料に生じる応力を、熱応力（thermal stress）という。設計時に熱応力を考慮する必要がある製品は、例えば自動車などの内燃機関や、ボイラーの配管など加熱が人工的に行われるものから、鉄道のレールなど自然現象による温度変化があるものまで、さまざまな製品がある。熱応力の式熱応力を求めるには、まず、材料が、温度変化によって、どの程度、膨張をしやすいかを、算出しなければいけない。あらかじめ、材料の、温度変化1℃あたりの膨張率を実験的に測定しておく必要がある。温度変化による膨張率は、長さの膨張率で表す事が多い。この、温度変化による長さの伸び縮みの割合を、線膨張率(coefficient of linear thermal expansion)あるいは線膨張係数という。単位は[1/℃]である。温度をケルビン温度Kで表す場合は、線膨張係数αの単位は[1/K]である。式で表すために、熱応力の現象を定式化したい。説明の簡単化のため、棒材の熱膨張率を考える。棒材を固定している壁と棒材には、すき間がないと問題設定して、そのため熱膨張は全て熱応力に寄与すると仮定する。あまり変化温度が高温すぎると、溶融してしまうが、そこまで変化温度が高くないとして、この問題を熱応力の考察対象とする。長さLの棒が加熱されて、温度がtからt'に上がったとする。このとき、変化後の長さをL'として、長さの変化量をΔLとすると、温度変化ΔTをとすると、長さの変化量はとなる。線膨張率αと長さの変化量ΔLとの関係式は、となる。または関係式を、ひずみεを用いた形で表す場合もある。ひずみの定義は、単位長さあたりの変化率ΔL／Lであった。 - ε = α(t'-t) = αΔT と表す場合もある。応力の大きさは、フックの法則により、ひずみの大きさに比例するから、応力を求めるには、ひずみの式が使えて、ヤング率Eを使って表すと次のようになる。 - σ = E ε = E α ΔT 最終的に熱応力を計算するには、あらかじめヤング率Eと線膨張率αを測定し、温度変化時の温度t'と、使用時の通常温度tとが決まれば、 - σ = E α (t'－t) を計算すればいい。参考値として、軟鋼の線膨張係数は、およそ13×10-6 [1/℃]である。応力集中応力集中棒材や板材などを引っ張る時、その材料の断面積が、穴やミゾなどによって、急に断面積が減少する部分がある場合、その部分に、下図のように、大きな応力が掛かる。なお、穴やミゾなどによって、急に断面積が減少する部分のことを、一般に「切り欠き」（きりかき）という。このように、切欠きの近くで応力が周りの応力よりも高くなる現象が存在し、この現象のことを応力集中という。つまり「応力集中」（stress concentration）とは、材料に切欠きや段差などで、断面積の変化がある場合に、断面上の切欠き部から離れた部分よりも応力が大きくなる現象をいう。上図のように、応力集中のため、平均応力σnよりも大きな応力が発生する。また、そうして発生した応力のうち、最大の応力のことを最大応力といい σmaxなどの記号で表す。なお、この場合、平均応力の計算につかう面積は、穴の直径のぶんを差し引いた断面積 (b-d)t である（板厚をtとした）。このため、この穴のあいた板の問題での平均応力 σn は、である形状係数応力集中の程度を表す値として、形状係数が定義されている。（応力集中係数ともいう。）形状係数は材料には依存せず、切り欠きの形状のみ（切り欠きの大きさや角度など）に依存する。形状係数の数値が知りたい場合は、機械工学の便覧などに記載されている。形状係数 αk は、仮に応力集中がなく断面積に均一にかかる応力（これを平均応力ともいう）をσ0として、応力集中時に生じる最大の応力をσ maxとすると、形状係数 αk は次のようになる。 (一般に、形状係数をあらわす記号は αk または α で表されることが多い。) 左図のように、切り欠きがつけられると、応力が大きくなる。切り欠きの存在する箇所にちかづくほど、応力が大きくなる。また、切り欠きの溝が深いほど、応力も大きくなる。（たとえば上図では、左右の切り欠きの応力を比べた場合、（読者から見て）左側の切り欠き部分のほうが溝が深いので、応力が大きい。（上図の左右の切り欠きの角度は、どちらも同じである。））切り欠きを丸くしても、応力集中は発生する。上述の説明では板材としたが、なにも、これらの部材にかぎらず、どんな形状の板材でも、断面積が急に変化する箇所がある場合に、類似の現象がある。 - 備考（※ 範囲外）形状係数に関しては、近代物理や近代数学での研究で、微分方程式による理論的な解析（エアリーの応力関数など）の結果、基本式の仮定で応力集中を仮定しなかった基本式からでも、切欠きや段差の近くで、応力集中に相当する解析結果の、切欠きでは周辺部よりも応力が急激に上昇することが解明された。このエアリーの応力関数の計算については、高校レベルを超える難解な解析のため、解説を省略する。高校の材料力学では、この結果を(応力が急激に上昇するということが分かったという結果を)用いる。許容応力と安全率材料の製品への使用時に、引張試験で測定した引張強さや降伏点、耐力の付近で、またはその値を超えて使用するのは、危険であり、安全上は好ましくない。通常は、製品に危険な荷重が掛からないように、たとえば降伏点の3分の1までの応力に相当する荷重を製品の保証する耐荷重にしたりと、強度に余裕を持って材料を使うようにする。製品の種類によって、材料が同じであっても、どの程度の強度の余裕が欲しいかは、設計者の製品の設計意図により異なる。なので、材料そのものの物性的な強度と、使用上の耐荷重に相当する応力とは区別する必要がある。なので渡した値は、これらの区別を定式化するため、「基準強さ」と「安全率」（あんぜんりつ）と「許容応力」とのそれぞれの定義を学習しよう。まず、基準強さ(basic strength)には、引張強さや降伏点、耐力、疲労限度など、引張試験などによって測定される値から、基準強さを採用をする。どの種類の値を採用するかは、引張強さや降伏点、耐力、疲労限度などから、どれを基準強さとして採用するかは、製品の用途や材料の種類などによって異なる。安全率まず、次に安全率（factor of safety）を説明する。たとえば、通常の使い方で想定する最大荷重の3倍に耐えられる製品なら、「この製品の安全率は3である」のように言う。たとえば、イス（椅子）なら、まあ、成人の平均体重は約65kgらしいので、もし安全率3のイスなら、おおむね約195kgつまり約200kgの荷重に耐えられるイスだろうという事になる。（実際のイスの耐荷重がどうかは知らない。） - ※ 要するに、その製品の真の耐荷重・耐応力といった真の強度と、想定する通常の使い方での荷重・応力との比率である。模式的に書くと、 - 安全率＝強度 / 応力である[1]。高校教科書や森北出版『機械設計法』[2]では、 - 許容応力＝基準強さ / 安全率としている。一般に安全率の式中の記号としては S か f で表す。実教出版の高校教科書では S で安全率を表している。記号で書けばである。ただし上式で σa は許容応力、σFは基準強さ、Sは安全率である。「許容応力」(allowable stress) 「基準強さ」（basic strength）とは、材料が破壊しないで使用に耐えられる最大値の応力のことであり、慣習的には、よく引張強さ（ひっぱりつよさ）試験の値を「基準応力」として採用する。（※ 実教の高校教科書でも、引張強さ試験の値だと言っている。）森北出版『機械設計法第3版』でも同様、引っ張り強さ試験の値だと言っている。特別な事情の無い限り、引張り試験の値を採用する場合は、静荷重の引張り試験の値を採用する。つまり、いわゆる「強度」は、「基準強さ」のことである。しかし、実際の設計では、この基準強さギリギリで設計することはまず無く、普通は、使用時の負荷が、基準強さの何分の一かの範囲の応力負荷になるように、設計をする。さて、安全率の単位は、倍率であるので、単位は無次元か、しいていうなら「倍」が単位である。 - ※ 安全率とは、「安全度」ではない[3]。 - ※ 世間には、字面の安全「率」にひきづられて、素人が%（パーセント）とかのデタラメの単位を吹聴（ふいちょう）してたりするが（確率と誤解する人がときどきいる）、もちろんデタラメである。安全率は倍率である。ともかく、安全率の定義は、厳密には、たとえば、基準強さの3分の1までの応力に相当する荷重や応力を、製品の保証する荷重や応力とする場合は、「安全率が3である」のように言う。同様に、基準強さの4分の1までの応力を製品に保証するなら、「安全率が4である」のように言う。 - 範囲外 - 安全率の値は、製品に類似した製品の実績から取る。また、製品によっては、法律で最低値が定められている場合もある。航空機などは、重量の関係から、安全率が1.2～1.5などの低い値になっている[4]。エレベータは10以上の値が法で定められている。 - 安全率の値を大きく設定して設計すれば強度的には壊れにくくなるが、安全率を大きくすると重量や材料の無駄が大きくなる等の問題が生じる[5]。 - ※ たとえば、飛行機の安全率を高くしすぎると、そもそも自重のせいで飛べないだろう。同様に自動車の安全率を高くしすぎると、そもそも重いので走行しないだろう。なので、単に安全率が大きければ必ずしも安全というわけでもない[6]。安全率とは、「安全度」ではない[7]。荷重や強度の値が不確実さの大きい場合、安全率を大きくせざるを得ない[8]。いっぽうで、不確実性の小さい場合、安全率を大きくする必要も無いからである。つまり安全率は、その値の内部に、不確実さの影響の程度を含んでいる[9]。つまり機械工学の強度計算における、不確実さの対策法は主に、安全率の倍率を高くして不確実性に対処するという対策法である。安全率の大きさの限度は、特に決まってはいない。 - なお、異分野にも安全率という用語はあるが、意味や定義が微妙に異なるので、注意のこと。 - 機械設計時の安全率の設定には、機械工学での「安全率」の定義を参考にすること。 - （※ 範囲外: 出典は無い）飛行機の安全率1.2～1.5の例からも分かるように、破壊しないだけのギリギリ近い強度で設計している場合、安全率は1に近くなる。なので、安全率の理論上の最低値は、普通は1である。最低値は0（ゼロ）ではない。（※ 機械設計の業界の常識なので、特に参考文献の出典は無い。しいて出典をあげるなら、グーグル検索などで「安全率0」と検索すれば、いくらでもツッコミのwebサイトが見つかる。） - ときどき、異業種の人などが、「安全率0」などと表現する場合があるが、しかし、これ（「安全率0」）は不正確な表現である。 - おそらく、経営用語などでいう「マージン」（英: margin、余白・余裕・余白などの余り（あまり）の量）と「安全率」とを混同したせいだろうと思われる。ともかく、「安全率0」は間違った表現である。 - ※ 範囲外: なお、航空機の場合、よくある安全対策として、エンジンを1つではなく2つ以上にする、いわゆるツインエンジンの設計をする場合もある[10]。「安全率」の数値では、このような安全設計の有無については考慮されない。安全率の数値は、あくまで材料力学における強度しか考慮しないで計算する。ツインエンジンのように、強度いがいの要因を増やす設計手法は、冗長性設計（じょうちょうせいせっけい、redundancy design）という[11]。 - 安全率しか考慮しない設計は不適切かもしれないが、しかし安全率すらも考慮しない強度不足の設計もまた不適切である。高校生はまず、計算しやすい安全率の計算手法を、計算練習によって着実に会得（えとく）しよう。安全率の値として、慣習的に、特別な理由が無い限り、安全率の値には 3 がよく採用される[12]。アンウィンの安全率鋼と鋳鉄の場合だが、機械の設計で、安全率を決定する場合の目安として、古典的な提唱値だが、アンウィン（Unwin）の安全率という経験値が提唱されている。 - 鋼の静荷重の安全率は3。鋼の衝撃荷重の安全率は10。 - 鋳鉄の静荷重では、安全率は4。鋳鉄の衝撃荷重の安全率は15 繰り返し荷重の安全率は、片振りと両振りとで異なる。「両振り」とは、引張荷重と圧縮荷重、上方向の曲げ荷重と下方向の曲げ荷重、のように、反対方向の加重が周期的に繰り返す荷重のこと。（「片持ち」や「両持ち」とは何かについては、はりの曲げについての節で後述。とりあえずは構造物の片側だけが固定された場合で、固定されてない側はひずみによって位置が移動した状態を片持ちと思えば大差ない。「両持ち」は、両側が固定された場合。） - 鋼は片振りの安全率は5。鋼の両振りは6。 - 鋳鉄は片振りの安全率は6。鋳鉄の両振りは10。と、提唱されている。安全率の設定時に、他に手がかりや規格、法律などの規制がない場合などは、今でもアンウィンの安全率を用いる場合がある。 ※ 備考: 「安全係数」と「安全率」 - ※ 安全率のことを「安全係数」とも言う[13]。ただし、参考文献の朝倉書店の本でも、安全率をもっと前の節（9～10ページ）で紹介している。なので機械工学では、基本的に「安全率」の用語のほうを使う。高等学校の『機械設計』の教科書では、『安全率』という用語だけを紹介している[14]。許容応力許容応力（allowable stress）とは、その値以下の応力に相当する荷重なら、荷重が加わっても製品が変形せず、かつ破壊などをせず、安全に使用できる応力である。したがって、使用時に掛かる応力（これを使用応力と言う）は、許容応力よりも小さくする必要がある。あらかじめ製品に安全率が決定されている場合には、基準応力σs を安全率Sで割った値になる。つまり、許容応力σaの式は、 - 許容応力＝基準応力/安全率となる。また、必ずしも安全率から許容応力を決定するとは限らず、試験的に製品を実際に作り、実際の使用状況を想定した荷重試験や強度試験などの測定結果から、実験的に決めることもある。曲げ材料の変形は、単に引っ張りや圧縮だけではない。曲げやねじりといった変形もある。曲げに関しては、一つの材料の中で、引っ張りと圧縮とが同時に起こってる。曲げられる材料の内側は圧縮して縮み、外側は伸びて引っ張られる。だから、曲げの説明は、引っ張りと圧縮の変形を終えた後に行うことが多い。本書でもその順序に従って、これから説明する。まず、曲げ変形では、厚みを持った材料を考える。そして、この材料を曲げようとする力によって、材料に生じる曲げによる応力を曲げ応力(bending stress)という。そして曲げ変形をする材料には、外側の引っ張りと内側の縮みが中央付近の何処かで相殺してゼロになり伸びも縮みもしない面があると仮定し、この面のことを中立面(neutral plane)という。この中立面も、他の面と同じように曲がっていると考える。なお、図中の M は「曲げモーメント」である。曲げの力学計算をできるようにするために、近似として、曲げの形状を図のように円弧（あるいは円筒）の一辺として近似できると仮定する。（なお、実際の曲げ曲線の解析結果形はかならずしも円弧とは限らず、２次関数や３次関数など別の曲線関数に近い場合もあるが、入門書では、まずは円弧に近似して曲げの解析方法を入門的に説明する事が一般である。）まず曲げを近似した円弧の半径をrとする。そして材料内の変形前のある平坦な仮想断面が曲げによって円筒状に変形したとした場合、この円筒状の仮想曲面の中立面からの距離をyとする。仮想面の距離yは、曲げても、曲げの前後で長さが変わらないと仮定する。そして曲げ材料の形が、円周の内から、角度θを切り取った円弧曲線で近似できるとする。つまりθは棒の張る円弧片の中心角とする。すると、元の長さは中立面の長さであり、これはrθである。そして、ひずみの式は以下のように書ける。（奥行き方向の変形やポアソン比などは無視をする。）したがって曲げ応力σはとなる。曲げモーメント次に、曲げ変形に要するモーメントを考える。なぜ、モーメントを考える必用があるのかと疑問を読者は持つかもしれない。「なぜ、曲げに要する力でなく、曲げに要するモーメントを考えるのだろうか？」と疑問を初学者は抱くだろう。曲げモーメントを考えるべき理由は、おおむね以下の様な理由だろう。 - 1・曲げは材料に弾性変形を蓄えさせるので、曲げに要する力よりも、曲げに要するエネルギーやモーメントなどを考えたほうがいい。エネルギーとモーメントは同次元である。 - 2・曲げ部材の応力は均一ではなく、外側付近では引っ張り応力で、中立面の近くでは応力が小さく、内側付近では圧縮というように、曲げ応力の大きさも向きも均一ではない。モーメントなら、応力の向きが引張から圧縮に変わる際に、中立面からの変位の向きも変わるので、足し合わせることが出来る。（たとえば、引っ張られる外側への距離をプラスに取り、圧縮される内側をマイナスに取るなど、できる。）外側の応力も内側の応力も、曲げに抵抗する応力なので、足しあわせられる方が実態に即してる。 - 3・てこの原理を考えれば、「曲げ」という弾性エネルギーを蓄えさせる仕事に要する力の大きさは、てこに相当する長さによって変わる。以上、いろいろ理由を述べたが、最終的に「曲げモーメント」を定義するべき理由を納得していただければ、それで構わない。とにかく、曲げモーメント(bending moment)を定義する。実際の材料は三次元だから、幅を持つ。曲げモーメントの大きさは積分で求める。積分は数学で扱うが、概略を話すと、要は近似計算である。近似の精度を高めるために、無限に細かく分割して、それらの微小量を足しあわせた、無限に近似精度を高めた計算にすぎない。たとえば、区分求積法などのような計算である。だから、もし、読者が積分記号を知らなくても、数列計算などで習う級数和の∑記号による和分で置き換えて読んでいただければいい。実際、積分の定義は、無限個の微小量の級数和による和分に過ぎない。さて、ともかく曲げモーメントの計算に戻ろう。まず、位置が中立面からyだけ離れた位置の曲げモーメントについては、外側と内側とはyの符号を区別するとして、そのyの点「だけ」での曲げモーメントΔMとする。（ΔMと微小化するのは、あとで、外側から内側まで、全て足し合わせるため。）また、図のように微小面積をΔaとする。（Δaと微小化するのは、あとで、外側から内側まで、足し合わせるため。）また、この幅は、材料を曲げても、幅aは変形しないと仮定する。ともかく、微小曲げモーメントΔMはとなる。そして、断面全体に生じた曲げモーメントは、これ等を和分（あるいは積分）した値である。 Σをaに関する級数和とすれば、和分記号∑で表せば、あるいは積分記号で表せば、 - dM = σ y da となる。ここで、daの求め方に対し疑問を抱く読者もいるかもしれないが、幅aは位置yの関数だったので、それから計算によって求められる。例えば、長方形の角材を、長方形の中点を結んだ面で曲げる場合は、幅をbとすると、となる。このとき、曲げの外側から内側までの長さをhとすると、となり、たしかに断面積a=bhとなる。応力σの位置yでの大きさは、ヤング率をE、ひずみをεとすれば、となる。なので、これを曲げモーメントの式に代入する。その代入結果を、和分記号∑で表せば、あるいは積分記号で表せば、となる。ヤング率Eは、一般の材料では等方性の均質な材料と仮定するので、定数である。また、rはyの値には関わらず、曲げの仕方により決まるので、yとは独立にrは設定される。なので、これらヤング率Eと半径rを∑やに対しては定数とみなせるので、和文記号の外に出せば（あるいは積分記号の外に出せば）、となる。ここで、∑(y2)Δaを記号Iで表す。このIを断面2次モーメント（moment of inertia of area）という。つまり、断面2次モーメントIの定義式は、あるいは積分表示では、である。これより曲げモーメントを断面2次モーメントを用いて表すと、となる。この式の名称は、ベルヌーイ－オイラーの法則と呼ばれる。断面二次モーメントの物理的な意味を考えれば、物体の断面全体での曲げ変形のしにくさを表した量である。みの変異は大きく、従って、曲げの中立面から離れるほど応力も大きくなる。断面2次モーメントの次元は、長さの4乗であり、m4である。 - I=∑(y2)Δa であり、yは長さの次元mを持つし、aやΔaは面積の次元m2を持つから、 y2 Δaの次元はm4の次元を持つ。例として、角材を中点を結ぶ軸を通る面を中立点として曲げた場合の断面２次モーメントを求めよう。であり、 - da=b dy であったので、代入すればなお、y2の不定積分は(1/3)*y3である。今回の断面２次モーメントの計算式では、定積分である。積分範囲が－h/2から＋h/2までということに注意をして計算をすれば、となる。このように、板材の曲げにくさは、板の厚みの3乗に比例する。断面係数曲げモーメントMについて、の式を応力σを用いた式に変形すると、 - σ = E ε =E (y/r) であったから、と表せる。これをMの式に代入して、となる。となると、曲げモーメントが決まれば、そこから応力が求まる。このうち、材料の破壊などに最も影響を与えるのは、応力σの大きさが最も大きくなる場所であり、そこは次の２箇所の内のどちらかか、両方（同一値の場合）である。それは、yが最大値をとる、最も外側か、あるいは最も内側と言った、部分である。（最外部の応力と最内部の応力が同一値になる場合もある。）応力に関心があるので、Mの式を移項して、応力に関してまとめると、となる。 yの値は、最外部か最内部のどちらかである。だから、あらかじめ、最外部での(I/y) と最内部での(I/y)を計算すれば、応力の最大値が求まる。引張側の表皮までの距離をytとして、圧縮側の表皮までの距離をycとすれば、引張側は、が成り立ち、圧縮側は、が成り立つ。最外面や最内面までの距離は、なにもytやycと表記は決まっておらず、 y1やy2などと表す場合もある。また、y1やy2の他にもe1、e2などと表す場合もある。 ( I / yt) と( I / yc ) を断面係数( modulus of section )という。一般的に数式表記では、記号Zで断面係数を表す。応力が最大値をとる位置の、中立面からの距離をy maxとすれば Zの定義は以下の式になる。断面係数は曲げ方と、断面形状が決まれば、求まる数値である。機械工学ではミリメートルを寸法として用いる事が標準なので、断面2次モーメントの単位もmm4で表すことが、機械工学では標準である。最外部での断面係数と、最内部での断面係数とを区別する場合は、それぞれ外側はZtと、内側はZcとのように添字などを付けて表す。曲げと断面形状によっては、どちら側が最大応力を取るかがわかっていたり、あるいは同一値を取ることがわかっている場合などがあり、そのような区別する必要がないときは、単にZで断面形状を表すことも有る。この断面係数Zを用いて応力と曲げモーメントの式を表せば、 - σ = M/Z となる。あるいは、 - M = σ Z となる。一例として、長方形断面の角材で、曲げ方は中点を結んで曲げたとすると、断面係数Zの計算は以下のようになる。長方形断面を中点で曲げた場合の断面２次モーメントIはであり、最大距離のymaxはh/2だから、断面係数Zは、となる。断面係数の単位は長さの3乗であり、ミリメートル単位で単位を表すと、[mm3]となる。最外面と最内面を区別するときは、添字をZにつけて、 ZtやZcなどと表したり、Z1やZ2などと表したりなどする。せん断荷重と、はりの曲げ梁（はり、英：beam）とは、荷重を支えるための、長さが棒のように長い構造材の一種で、主に曲げ応力を担うために用いる。材料力学では、このはりを解析上の都合で理想化して、曲げの解析計算をする。材料力学の、はりのまげの解析では、はりにせん断荷重と、はりの曲げとの関係について考える。まず、はりを支えるところを支点(suporting point)という。支持点ともいう。そして支持点の土台は水平な剛体と考える。はりの支持方法には、その支持点では回転運動が出来ず平行運動もできない固定端と、回転可能ではりを支える拘束するヒンジとがある。両端をヒンジで支えたものを、単純支持ばり (simply supported beam)という。両端がヒンジの場合は、少なくとも片側のヒンジで平行移動を拘束しないといけない。そうしないと、水平方向に動いてしまう。片側を固定端びしてもう一端を自由端にしたはりを、片持ちばり (cantilever)、あるいはカンチレバーともいう。片側をヒンジにしてもう一端を自由端にした場合は、はりが吊り下がってしまうので、扱わない。両端が固定されているはりを、両端固定ばり (fixed beam)あるいは、単に固定ばり(fixed beam)という。固定ばり(fixed beam)といった場合、片持ちばりのように片側しか固定していなくても固定ばりということも有る。単純支持ばりや両端固定ばりなど支点が２箇所ある場合、支点と支点との間の距離をスパン（span）という。荷重が、一点あるいは有限個の点に、集中して加わるとみなせる荷重を集中荷重(concentrated load)という。しかし、実際の荷重では、必ずしも、せん断荷重が加わる場所が有限個の点に限定するよりも、むしろ長さを持った区間に分布して荷重が加わるとみなしたほうがいい場合が有る。このような分布して荷重が加わる荷重の加わり方を、分布荷重(distributed load)という。とくに各箇所での分布荷重の大きさが均一の場合、等分布荷重(nuiformaly distributed load)という。たわみ曲線片持ちばりが分かりやすいので、片持ちばりを例にして説明する。固定端を原点とし、無荷重での真っ直ぐな軸方向にx軸をとったとき、座標x におけるはりの曲率半径ρ(x) は，たわみのw(x) の2 階微分をとすると、微分幾何学の定理より、実は、たわみが小さい場合は、が、なりたつ。結果的に、曲げモーメントM(x) はとなる。ただし、E はヤング率であり、I は梁（はり）の断面2 次モーメントである。ここで、曲げモーメントを求める必要が生じる。そして、曲げモーメントを図的に求めようとした場合は、曲げモーメント図から曲げモーメントが求められる。そして曲げモーメント図は、せん断力図から求められる。だから、図的に曲げモーメントを求めるには、まずせん断力図を求める必要がある。積分に習熟していれば、そのまま計算してもいいのだが、荷重分布が複雑な場合などは誤計算を防ぐためにまず、せん断力図や曲げモーメント図を書いたほうが良い。なぜ曲率半径は、名前に半径がつくかというと、円の場合、円の半径rの値と、曲率半径ρの値が一致するからである。つまり曲率半径は、通常の半径の定義の拡張になっている。微分ができる曲線関数なら、点ごとの曲率半径を定義できる。例えば2次関数でも曲率半径を定義できるし、三角関数や指数関数でもサイクロイド曲線でもインボリュート曲線でも、曲率半径を定義できる。曲げモーメントと、たわみの関係式の説明に戻る。を積分して移項すると、となる。 C1。この値は、境界条件により決まる。境界条件とは、この針の問題の場合は具体的に言うと、支点での支持の仕方である。数学一般では、微分方程式における境界条件とは、方程式を解く最中に現れる不定数を決定するための問題に与えられた条件のことである。EIは定数なので、積分記号の外に出せて、と書ける。 d w(x) / dx の幾何学的な意味を考えると、関数の一階微分は関数曲線の傾きを表すから、d w(x) / dx は、はりの傾きを表す。これを、たわみ角(slope)ともいう。たわみ角の記号としてθやiなどで表すこともある。実は、これが、せん断力図の内容である。ただし、作図の際、係数－(1/ EI )を無視している。もう一回、積分をすると、である。 C2この値は、境界条件により決まる。これで、たわみ曲線(deflection curve)が求まった。なお、元の軸とたわみ曲線との感覚を、たわみ(deflection)という。実は、これが、曲げモーメント図の内容である。ただし、作図の際、係数－(1/ EI )を無視している。結局、はりの曲げ問題は，曲げモーメントの分布とせん断力や反力などのちからのつりあい条件から、たわみw の分布を求める問題に行き着く。計算の大元になった曲げモーメントM(x)は、力学的な「力×長さ」というモーメントでもあるので、図的に求めた曲げモーメント図と、力学的なモーメントとは、せん断力図の作図の際に係数－(1/ EI )を無視することを無視すれば、力学的モーメントと曲げモーメントとは内容が一致する。せん断力図の内容の式はであった。そして、曲げモーメントと力学での通常のモーメントとは一致するから、せん断力荷重が求まれば、そこから、も計算できる。だからを作図すればいい。そして、M(x)を作図するには、まず、せん断力の大きさを縦軸にとり、それが作用する位置を横軸にとる。棒材に掛かるすべての力のせん断力荷重を、せん断力図に図示する。この際、支点の反力も考慮することを忘れないようにする。棒材に掛かるすべての力について、せん断力の値と位置の値を掛けあわせれば、モーメントの合計値になる。それが、せん断力図(shearing force diagram、略語はSFD。)の作図に過ぎない。そして、せん断力図を、もう一度、図的に積分すれば、曲げモーメント図(bending moment diagram、略語はBMD。)になる。ねじりねじり変形ねじりをした場合は、弾性係数には、すでに定義した横弾性係数Gを用いる。まず、円柱の棒があったとしよう。この棒に円周方向にねじりを加えた場合の変形を、単に「ねじり」(torsion)という。また、このような、ねじりを受ける棒を「軸」(shaft)という。棒の長さは l とする。円柱の半径をr0とする。この棒を、軸端を微小角 θ[rad] だけ、円周方向にねじられたとしよう。円筒には図のように W(2r) = 2wr の大きさのモーメントが作用し、このモーメントのことをねじりモーメント(torsional moment) またはトルク(torque) という。また、図のθのように、ねじりによって、円周方向に生じた角のことをねじり角(angle of twist)という。このねじりのときの、棒の円柱表面での、せん断ひずみγを考える。なぜ、円柱表面と位置を指定するかというと、ひずみは、棒の表面近くと、棒の軸中心の近くとでひずみの大きさが異なるからである。たとえば、軸中心（r=0の位置）は、ねじっても変形しない。また、円周方向の接線は、軸に直角なので、基準長さを円柱長さのLにとれば、せん断ひずみが適用に必要な条件を満たしている。また、微小のねじり角なので、ねじり変形による変形は、せん断ひずみによる変形へと近似できる。したがって、以下の式が成り立つ。 - r0 θ = L γ そして、横弾性係数Gにより、応力を求めると、せん断応力τはG γだから、計算では、半径を用いたが、機械工学の測定では、直径を重視することが多いので、上の式を直径d0による表示に合わあせた場合は、以下の式になる。なぜ、直径を重視するかというと、直接、ノギスなどで測定できるからである。半径は、直径の測定値から、直径を2で割るという計算によって、派生的に算出する。これらのせん断応力は、棒の表面近くと、棒の軸中心の近くとで応力の大きさが異なる。ねじり応力(torsinal stress)といったら、棒の表面での最大せん断応力のことである。断面2次極モーメント円柱の仮想断面上のせん断応力τがつくるモーメントの合計は、軸に与えられたねじりモーメントとが、つりあう。これを計算で見ていく。円柱内部の半径r（ただし0≦r≦r0とする。）の部分の、半径rの円周上と半径r+Δrの間の円周とに挟まれた区間がつくる帯の面積Δaは、 - Δa=2πr Δr である。Δrが微小だとすると、この帯区間のねじり応力τ は、近似的にであると、みなせる。帯区間の周長は2πrだから、帯の面積Δaは Δa = 2πr Δr となり、帯全体を合計したねじり応力τ Δaは、となる。そして、この帯のせん断応力がつくるモーメントは、半径rをかければいいから、r(τ Δa)になる。計算すると、となる。仮想断面の全体のねじりモーメントTを求めることは、面積aを積分変数daとしてを積分することである。具体的に計算するには、積分変数daを求める必要がある。積分変数daを変数変換して、半径rによる積分変数に置き換えれば、よい。積分区間は半径r=0から、表皮のr=r0までとなる。つまり積分区間は0≦r≦0に変換される。実際に代入しよう。すると、となる。なお、この積分式の末尾のdrのdは積分変数の記号であるので、誤って直径と混同しないように。をトルクTに代入すれば、となる。この内Gとθは、円柱状の位置によらず一定なので、積分記号の外に出せる。と、なる。ここで、を、断面2次極モーメントとして定義する。名前が断面2次モーメントと似ているが、「極」が入るので混同しないように。断面2次極モーメントの記号はIpなどを用いる。ともかく、この断面2次極モーメント Ipの定義式は、である。単位は長さの4乗である。長さの単位にmmを使えば、Ipの単位はmm4である。円柱の断面2次極モーメントは、円柱の場合は、da = 2&pai; r dr だから、であり、これを積分すれば、積分区間は0≦r≦r0だから、となる。さらに表皮の半径r0を、円柱の直径d0に変換すると、となる。以上が、円柱の断面2次極モーメントである。求めたいのは、ねじりモーメントとの関係式であった。これは、である。極断面係数つぎに、せん断応力の最大値τmaxと、トルクとの関係式を求めよう。まず、で、断面2次極モーメントを用いれば、と変形できる。ここで、(Ip / r0)について、新しく用語を定義し、極断面係数(polar modulus of section)を定義する。これをZpで表し、とする。ここで、Ip は断面2次極モーメントである。r0は円柱の表面での半径である。 Zpの単位は長さの3乗である。このZpをτmaxの式に代入しよう。すると、あるいは移項して、となる。具体例として、円柱の場合の極断面係数Zpを求めよう。定義より、Zpはである。また、円柱の場合は、断面2次モーメントIpは、であった。半径r0を、r0=d0/2を利用して、Zpを書き換え、とすれば、あとは式中のIpに、(1/32)π d0 4を代入すればいいだけなので、最終的にとなる。座屈長い棒を圧縮すると曲がって、たわむ。降伏応力などの圧縮強さよりも小さな応力でも生じる。座屈は、荷重が棒にもたらすモーメントが生じさせる。なので、荷重が軸心からずれているほど生じやすい。このような中心からの荷重のずれを偏心という。また、棒が長いほど起きやすい。このような、たわみの現象を座屈(buckling)という。座屈変形も曲げの一種なので、断面２次モーメントで解析できるが、しかし、通常の曲げと違い、座屈では試験車が曲げ方を指定しないので、座屈で曲がるときは、もっとも曲がりやすい方向に座屈してしまう。その方向とは、断面２次モーメントが最も小さくなる曲げ方の方向である。このような最も小さくなる方向での断面２次モーメントを、最小断面２次モーメントという。偏心量をeとし、圧縮力をPとすると、曲げモーメントは、曲げモーメントによる応力は、断面係数をZとして、断面２次モーメントをIとし、たわみをyとすれば、一般解は、変数変換でと変数変換して、 A、Bは境界条件から決める。機械部分の形状 ※ 範囲外：運動方程式との関係高校の「物理」科目で、運動方程式を習うだろう。という式である。じつは、はりや軸などの応力計算でも、運動方程式をつかった理論は存在する。しかし、それは大学レベルの物理学になってしまう。大学の『連続体力学』という科目で、そういう計算を習う。（おまけに、大学の物理学科では、『連続体力学』はあまり重視されてない。）しかも、製造業では、『連続体力学』は、あまり実用されてない。製造業で実用化されているはりなどの応力の計算法は、『連続体力学』とは違う科目である。大学の機械工学科などで習う『材料力学』という科目が、製造業などの強度計算で実用化されているのである。材料力学では、運動方程式を使わない。振動などの明らかに運動している現象を扱い場合ですら、実験式にもとづいて計算することにより、運動方程式をつかわずに解を導く（大学の機械工学で習う『機械振動論』というのが、そういう材料力学的な手法で振動を解く科目である）。そして、読者が工業高校で習う応力計算や強度計算も、材料力学を高校生むけに説明した理論である。 ※ 範囲外: 光弾性実験 - ※ 理科『科学と人間生活』（啓林館、および実教出版）で光弾性実験の記述を確認。偏光板（へんこうばん）という材料を2枚使った実験で、透明なプラスチックに発生する応力らしき現象を観測することができ、このような実験を「光弾性実験」（こうだんせいじっけん）という。 - ※ くわしくは大学の範囲なので、説明は省略する。参考文献 - 日本機械学会、『機械実用便覧』改訂第6版、丸善株式会社、2006年。 - 林洋次監修堤茂雄ほか編、『機械設計1』、実教出版、平成25年（西暦2013年）。文部科学省検定済教科書。 - 青山秀樹・中島尚正ほか5名、『機械設計学』初版、朝倉書店、1998年10月。 1.『機械実用便覧』は用語の確認などに使用。2.『機械設計1』は高校での教育範囲の確認などに使用した。脚注など - ^ 中島尚正ほか著『機械設計学』、朝倉書店、1998年12月10日初版第1刷発行、10ページ - ^ 塚田忠夫、『機械設計法第3版』、森北出版株式会社、2015年6月11日第3版第1刷発行、33ページ - ^ 大西清『機械設計入門』、オーム社、平成28年（2016年） 6月10日第4版第2刷、9ページ - ^ 中島尚正ほか著『機械設計学』、朝倉書店、1998年12月10日初版第1刷発行、10ページ、 - ^ 塚田忠夫、『機械設計法第3版』、森北出版株式会社、2015年6月11日第3版第1刷発行、34ページ - ^ 中島尚正ほか著『機械設計学』、朝倉書店、1998年12月10日初版第1刷発行、10ページ、 - ^ 大西清『機械設計入門』、オーム社、平成28年（2016年） 6月10日第4版第2刷、9ページ - ^ 中島尚正ほか著『機械設計学』、朝倉書店、1998年12月10日初版第1刷発行、10ページ、 - ^ 大西清『機械設計入門』、オーム社、平成28年（2016年） 6月10日第4版第2刷、9ページ - ^ 塚田忠夫、『機械設計法第3版』、森北出版株式会社、2015年6月11日第3版第1刷発行、12ページ - ^ 塚田忠夫、『機械設計法第3版』、森北出版株式会社、2015年6月11日第3版第1刷発行、12ページ - ^ 畑村洋太郎編著『実際の設計新訂新版』、日刊工業新聞社、2023年4月14日改訂新版第12刷発行、P.239 - ^ 中島尚正ほか著『機械設計学』、朝倉書店、1998年12月10日初版第1刷発行、103ページの（2）の式(9.7)の下の解説文、 - ^ 『機械設計1』（文部科学省検定済教科書、高等学校工業科用）、実教出版、平成25年1月25日発行、101ページ
null	null	高等学校工業機械設計/機械と設計なぜ強度を計算するのか？工業高校の『どのような製品も、まずは壊れない製品を設計する必要があります。あなたが消費者だったとして、壊れやすい商品をアナタは買いたいですか？たとえば壊れやすい自転車を買ったとして、その壊れやすい自転車に乗って運転したとして、その自転車が壊れてアナタはケガをしたいですか？実際に設計をする場合は、まずは製品が壊れないことや安全性などを優先して設計する必要があります。なので機械工学系の学生の勉強では「どういう形状の物体が壊れやすいか」を学ぶ必要があります。「その壊れやすい形状の物体に、どういう方向の力が加わると壊れやすいか」も学ぶ必要がありまう。このように、製品に加えられる力に対する、その製品の部材の力学的な壊れにくさや壊れやすさを学ぶ学問が、「数学の知識や物理の知識などは、設計の手段です。設計の目的ではありません。なので、物理学的に興味深い力学の知識であっても、科目『機械設計』では紹介されないこともあります。機械設計では、主に力学的な破壊について考えるので、力学計算を学ぶわけです。 - （※ なお、製品の破壊の原因は、かならずしも薄いところが切断する破壊とはかぎらず、たとえば「酸に対する耐食性が要求される使用環境なのに、材料に耐食性のない材料を使ってしまった」のような化学的な原因の場合もありうる。そのような事を勉強する科目は、化学など別科目である。なので高校生は、安全な設計のために、けっして工業高校の科目だけばかりを勉強するのではなく、さらに普通科高校でもならうような化学や物理なども学ぶ必要がある。）もっとも、工場労働者が実際に工場で行う作業のほとんどは、加工や組み立てなどの製造であり、その次に行うことは図面を描くことでしょう。その次くらいに行うのは、あとの節に述べる耐久試験などの実験でしょう。おそらく、工場で力学計算を普段から行う企業は少ないでしょう。すべての項目を計算していては大変に手間がかかりますから、自社製品の成果を流用することも多いでしょう。たとえ計算をしても、どっちみち、その計算で合ってるかどうかを検証するために、実物による実験が必要になります。製造業において、設計値が合理的かどうかの最終的な根拠は、実物による実験です。さて設計者による部品の計算については、部品メーカーなどがユーザーに必要なデータをあらかじめ計算しておいて、製品カタログなどに記載されている場合もあります。たとえば構造材などの部品を買うときに、その部品メーカーの製品カタログなどに「この部品の耐荷重は○○kg」などというように、設計に必要なデータをあらかじめ部品メーカーが求めておいて、カタログに強度データなどが書いてある場合もあります。もしくは規格などで、その部品の耐荷重などが決まっている場合もあります。たとえ製品カタログに部品の強度データなどが書いてあっても、その強度を持つ部品を、どう利用するべきかは設計者が判断しなければなりません。また、部品を組み立てたあとの製品の各種データの計算は設計者が計算しなければなりません。実験の必要性企業の製品開発では、単に耐久性については計算をするだけでなく、最終的には実験をして耐久性や安全性などを確認する必要があります。このような耐久性や安全性などの確認のための実験は、「工場での実証実験と、理科の実験とは、目的が異なります。小中高校の理科の実験の目的は、理科の法則について理解を深めるのが目的だったりします。ですが、実証実験の目的は、「理解を深める」こととは目的が異なります。実証実験や耐久試験の目的は、もし不具合があれば不具合を見つけ出し、実験結果から得られた情報を参考に不具合対策をされた再設計をすることが目的です。工業高校の科目では、『さて、企業の実務で実験をするには、試作品の組み立てをしないと実験のやりようが無いので、機械設計者には試作品の組み立てや実験装置の組み立てなどの技能も要求されます。試作をして実験をしてみて、場合によっては、試作品には製品に必要な耐久性が足りなかったことが実験結果で分かる場合もあるでしょう。他の不具合が発見される場合もあるでしょう。このように不具合が発見された場合、設計をしなおします。なので、上司に不具合を報告します。けっして設計をしなおさずに、そのまま製品化してはいけません。また、けっして不具合を報告せず隠してはいけません。「不具合を報告して、設計をしなおすのも、設計の仕事のうちです。新製品の開発では、試作品を設計して、実験をして不具合を見つけ出し、不具合を直した設計をしなおし、修正した設計にもとづいた試作品を組み立て、また再実験をして不具合を見つけ出していくことで、不具合を減らしていき、不具合が見つからなくなるまで行います。製品の販売の前に、実験を出来るだけ多く行って不具合をつぶしていくのは、もちろん必要ですが、会社には時間や金銭に限りがあるので、販売後に不具合が発見される場合もあります。製品の保証期間内なら、もちろん、ただちに会社は製品を設計しなおし不具合に対応する必要があります。設計とは何か？設計では、曖昧さ（あいまいさ）を無くすため、図面などで指示します[1]。機械を作る際には、あらかじめ、どういう機械を作るべきか、明確にします。この際、単に製図の図面に記載するのは、長さなどの寸法のほかに、材質や要求する精度などのような製造に必要不可欠な情報は、図面に記載します。その製品のすべての寸法を、設計者が決めて図面で指示する必要があります[2]。また、決して情報不足などで制作者に迷いを生じさせてはいけません[3]。また、図面のすべての寸法は、「公差」（こうさ）が指定されていなければなりません[4]。「公差」とは、許容可能な誤差の範囲のようなものです。詳しくは製図などの授業で習います。このとき、製造法については、製図には描きません。なぜなら、製造法は、同じ製品でも工場の設備によって製造法が変わるからです。もっとも製造不可能な製品を考えても無駄になってしまうので、設計者は製造法も頭の中で考慮に入れておく必要があります。製図は、他人が読んでも、分かるように描きます。あなたの描いた図面は、（就職先および取引先の）会社の他の従業員も読むことになるからです。製図は、製造現場の従業員が読んでも分かるように描きます。たとえアナタ自身が製造課の人間であっても、アナタ以外の人間が製造を行う場合もありうるのだから、他人が読んでも分かるように描かないといけません。また、新人の描いた図面の場合、まず上司が読んで許可を出すかどうか判断するので、上司が理解できるように描かないとダメです。製造現場の人間が理解できないような図面には、上司は許可を出さないでしょう。設計前の構想を練る段階のときでも、なるべく、実際に３面図の程度でよいので製図します。企業では、このような製図のため、製図室があるのが普通です。おそらく多くの企業で、設計部門の部屋が、製図室を兼ねてることが普通でしょう。最近では、機械製図はコンピューターで行います。このようなコンピュータ製図のことをCAD（キャド、英: computer aided design）と言います。組み立てや機械加工などを行う製造現場は忙しいので、製造現場では製図などの設計を行うことは無理です。たいていの製造業では、設計を行う部屋と製造の部屋は別になります。ただし、別の部屋と言っても、設計と製造の部屋は、中小企業の工場では、同じ建物内で近くにあるのが普通です。部屋が遠いと、情報交換や情報共有をするのに不都合だからです。中小企業で機械製品の設計を行う場合、設計者も自社の加工や組み立てなどの製造を手伝うのが一般です。新製品の設計をした場合、製品の細かいことは設計者本人しか知らないことが多いからです。特に新人の場合、新人教育上の理由もあり、新人の設計担当は製造現場を手伝うことになるでしょう。製図と絵画とのちがい製図では、形を描きますが、絵画などの芸術などと違い、美しい製品を考えることは、機械設計では目的ではありません。美しい製品を考える職業は、機械設計の技術者とは異なる職業です。機械計算には加工や組み立てや力学などの専門知識が必要であり、工業デザイナーにはそれらの専門知識は難しいので、機械技術者が機械設計の業務を行うわけです。工業製品の機械設計も、工業デザイナーの意匠設計も、言葉では同じ「設計」という用語を用いており、英語でも同じく "design" と言いますが、仕事内容が大きく異なるので混同しないでください。機械製図は、三次元のコンピューター・グラフィックス映像（いわゆる 3D-CG ）などとも異なります。機械製図は矛盾なく描く必要があります。コンピューター・グラフィックスも、数式によって計算された映像なので幾何学的には矛盾はありません。ですが目的はあくまでそれぞれ別です。最近ではコンピューター・グラフィックスのソフトウェアも大量生産のノウハウを取り入れているので、機械工業の大量生産のためのノウハウと共通するような部分も少しはありますが、しかし目的はあくまでそれぞれ別です。修理可能な設計を心がけよう上記のいくつかの章で、設計には、不具合の修正・修理なども含まれることを説明しました。不具合を修正や製品の修理をできるようにするためには、最初の設計の際、もちろん、今後の修正のための追加的な加工や分解・再組み立てなどをしやすいように設計する必要があります。しかし素人が設計すると、しばしば、分解困難な設計をすることがあります。よくありそうな事例は、製品の修理のための分解のさい、たとえば、仮に「G」という部品が壊れているとして、Gだけを交換したいのに、なのに取り外すのがGとそれをとめてるネジだけでなく、さらにAとBとCとDとEとFと言う別の部品と、それらA～Fをとめているネジ類も交換しなければならない、というようなオカシな設計が、しばしば散見されます。このような設計ミスの起きる原因は、いろいろと考えられますが、ありがちな根本原因として、無意味な小型化や、無意味なネジの削減があります。たとえば、 - ・ Aをとめるネジを廃止して、かわりに部品BでAを固定する。（△ あまり良くない） - ・以下、同様に、部品Cで部品Bを固定する。部品Dで部品Cを固定する。・・・（△ あまり良くない）という設計をすると、必要なネジが減りますので（たとえば、部品A～Fを固定するネジを減らせるので）、馬鹿の目には一見すると「部品コストをさげるので、合理的だ」と錯覚しがちです。また、必要部品が減るので、小型化も行われます。小型化や部品数削減に対する過剰な信仰をしているビジネスマンや経済評論家も多いので、企業の労働現場でも、しばしば、無意味な小型化が見過ごされてしまいます。もちろん、上記のような「部品Cで部品Bを固定する。部品Dで部品Cを固定する。・・・」という設計は、現実の製造業では、たいていの場合、設計ミスであり、不具合の修理の際によけいな手間が発生するだけです。最悪の場合、上記のような設計ミスは、そもそも分解不可能になる場合もあり、もし部品が1つでも故障をすると、製品全体の買い替えの必要が発生してしまう場合さえ、ありえます。なぜ、wikibooksでこのようなことを忠告するかというと、世間には、この手の設計ミスをする連中は、けっこう多いのです。馬鹿の設計ミスには巻き込まれないように、読者は気をつけましょう。製造業に限らず他の産業でも、今後の修正の方法を無視した設計ミスのある製品・作品などは、けっこう散見されます。そしてまた、そのような設計ミスを賞賛する、頭の悪い消費者・観客なども多いので（製品が小型化して高密度になるので、馬鹿消費者は「この商品は質が高い」と誤解する）、あなたたち高校生は、世間の馬鹿とは距離をおきましょう。無意味な全部品の自社設計はヤメよう学校などだと自分で設計する方法を教えるので、学校を出たばかりの技術者の卵は、製品をなんでも自分で部品から設計しようとします。しかし、実際には、部品などは既存の市販品や流通品がありますので、それらを活用しましょう。畑村洋太郎編著『実際の設計新訂新版』でも、「市販品で使えるものは、中身をしっかり理解して、ぜひそれを使うべきである.」という記述があります[5]。むろん、すべてを市販品にしてしまっては、そもそも自社での製品の設計の必要性が無いので、最終的には自社独自の設計が必要になります。かといって、むやみに、なんでもかんでも、自社独自にするのも不合理です。また、よほど高額で売れない限り、1個～少数個数しか売らない物品などのために、わざわざ部品や製品を設計をするのは、さけましょう。テレビの未来ロボットアニメとかだと、特注生産の1点モノのロボットとかが、あたかも高性能なように書かれます。しかし現実の世界における、少数生産の特注品は、その製品のために、追加的にメンテナンス方法の開発の手間などが発生してしまい、非効率・低性能になってしまいかねません。費用的にも、特注品などは割高になってしまいます。また、むやみに特注や少数生産をしてしまうと、数年後の修理のさい、部品が不足することも、ありえます。最悪の場合、そもそも、部品が生産中止になっていて修理不可能（そして結局、新製品の規格品への交換）などの結果におちいる場合もありえます。部品メーカーからしても、少数しか生産しない製品のために、部品メーカーは、いちいち部品を作ってくれないのが普通です。景気のいい時代は特注品の部品をつくってくれた部品メーカーが、不景気になって特注品をつくってくれなくなり、よって特注部品を使った製品が修理不可能になった・・・のような事例も、ありえます。ともかく、むやみに特注・少数生産をすると、メンテナンス性が悪化します。なので、よほど特別な理由が無い限り（研究開発用とか）、特注はヤメましょう。いっぽう、特注的な設計を減らして、なるべく既存の規格品に合わせれば、検証・開発の手間も減りますし、部品調達もしやすいし、いいことづくめです。最近は減りましたが、しかし、いまだにビジネスマンの中にも、独自設計や特注などに、過剰な信仰をしている人も残っています。気をつけましょう。
null	null	高等学校工業機械設計/機械要素と装置/ねじ締結要素締結に用いるのは、主にねじ、リベット継手、ピンなどである。ねじねじ（screw、あるいはscrew thread）は、円筒の外面または内面に、らせん状の溝を付けたものである。ねじは、締め付けや伝動に用いられる。 - ねじのらせんについて - 長方形の一対角を直線で結び、この長方形を巻いて円筒とした時、対角線は「つる巻き線（helix）」と呼ばれる三次元のらせん曲線を描く。また、このらせんの向きの、軸の垂直断面からの傾きの角度をリード角（lead angle）という。ねじは、このつる巻き線に沿って溝を形成したものである。このねじの溝の部分を、ねじ溝（groove）という。そして、山の部分をねじ山（ridge）という。山の頂と谷底とを連絡する面をフランク（flank）という。リード角の角度の単位には、度数(°)か、あるいは弧度法のラジアン単位（rad）で表すことが多い。 - 数式での記号には、リード角はβやθで表すことが多い。 - おねじとめねじ - 円筒の外面に溝をつけたものを「おねじ」（external thread）、内面に溝をつけたものを「めねじ」（internal thread）という。ねじは、おねじとめねじが一対になって、互いに、はめあわせて用いることでねじの働きをする。 - 右ねじと左ねじ - ねじには、右ねじ（right-hand thread）と左ねじ（left-hand thread）とがある。特別な理由が無い限り、一般に右ねじを用いる。 - 左ねじの用途は、例えば、右ねじでは緩んでしまう方向に力が掛かるとき機械を締結するときに用いる。 - 条数 - ねじには、一本のねじ山がらせん状に巻き付いた単条ねじ（single-start thread）と、２本以上のネジ山を等間隔に巻きつけた多条ねじ（multi-start thread）とがある。 2本のねじ山が巻き付いたねじの場合、このねじの種類を、2条ねじ（double-start thread）といい、このねじの「条数」は２である。同様に、3本のねじ山が巻き付いたねじの場合、このねじの種類を、3条ねじ（triple-start thread）といい、このねじの「条数」は3である。条数とは、何本のらせんの巻きつきが、ねじ山（あるいは溝）に相当するかを表す数である。 - 数式で条数を表す場合、条数の記号にはnが使われることが多い。ねじの軸方向に平行に測ったさいに、隣り合うねじ山どうしの長さの間隔を、ピッチ（pitch）という。ピッチの数式記号は、Pで表す事が多い。ピッチの単位はミリメートル（mm）で表すのが一般である。らせんが一周した時に、軸方向に動いた距離をリード（lead）という。具体的に、単条ねじの場合は、リードとピッチは等しい。2条ねじの場合はリードは、ピッチの2倍になる。リードをL、ピッチをp、条数をnとすると、これらの関係は次のようになる。 1条ねじの場合は、条数nをn=1として、上記の関係式を用いる。リードは、おねじをめねじに嵌めようとするときに、おねじを一回転させた時の、おねじの進む量である。 - ねじ用語の規格 - 規格では、日本のJIS規格（「じすきかく」と読む。）のJIS B 0101に、ねじ用語に関する規格があり、そこでねじ用語について定めている。ねじの径機械工学の計算では、半径の代わりに、直接的に測定の出来る直径を用いることが多い。しかし、ひとくちに直径といっても、おねじの寸法値は何箇所もあり、ねじを用いる際にそれら全てを指定するのは不都合である。規格などでねじの形状は決まっており、一つの代表的な寸法を指定すれば、そこから、他の寸法も決定できる。そのため、このような代表的な寸法値として、おねじの外径に近い、規格で決まった、きりのいい数値で表し、これをねじの呼び径（nominal diameter）という。呼び径を、外径そのものではなく、それに近い、きりのいい数字をとるのは、実際のおねじの外径は、加工誤差をみこんで、呼び径よりも、やや小さめに作っているからである。めねじの場合の呼び径は、ねじ山の内径（外径でないのは、めねじは内側にねじ山がつくから。）に近い、規格で決まった、切りの良い数値を代表値を取っている。おねじでは、区別して、呼び径と、おねじの外径（major diameter）と、おねじ谷底の径（minor diameter）とを区別する必要がある。ねじは形状では、ひとくちに「ねじの径」といっても、ねじの、どこの径なのかが不明だからである。めねじでも、同様に、呼び径と、めねじの内径（minor diameter）と、めねじ谷底の径（major diameter）とを区別する。（参考：「めねじの内径」の英語が、おねじと同じ英訳の“minor diameter”となってるのは、誤記ではなく、めねじの場合は、内径のほうが谷底の径よりも小さいからである。）呼び径メートル並目ねじとメートル細目ねじの場合,呼び径の指定の仕方では、ねじがメートル並目ねじとメートル細目ねじの場合には、呼び径の数値の前に、頭文字でMをつけて表すのが一般である。例えば、呼び径が10mm のメートル並目ねじは“M10”で表す。呼び径が8mm のメートル並目ねじは“M8 ”で表す。細目ねじの場合でも、ねじの種類を表す記号にMを使う。細目ねじの場合などでは、ピッチを表す呼び記号が併記され“M8 ×1”のように、後ろに“×1”のように併記してピッチを表す場合もある。この場合、ピッチは1mmである。メートル並目ねじの場合は、ピッチを記入しない。メートル台形ねじでは、ピッチを表す呼び記号が“Tr”となり、“M”ではないので注意すること。ねじ山の断面形状ねじには、ねじ山の断面形状により、三角ねじ（triangular screw thread）、角ねじ（square screw thread）、台形ねじ（trapezoidal screw thread）、丸ねじ（round screw thread）など様々なものに分類される。一般用メートルねじわが日本国では、締結用の三角ねじでは、メートル規格のメートルねじ（metric thread）が一般である。特別な理由がない限り、メートル並目（なみめ）ねじ（metric coarse thread）が使われることが多い。並目とは別に、さらに細かいピッチをもつメートル細目（ほそめ）ねじ（metric fine pitch thread）がある。細目ねじは、リード角が並目ねじよりも小さい。細目ねじは並目ねじよりも緩みにくいので、振動する部品などに用いられることがある。メートルねじに関する規格では、日本のJIS規格（「じすきかく」と読む。）のJIS B 0205で、メートル並目ねじの基準山形（basic profile）や基準寸法（basic dimension）などについて定めている。メート細めねじの基準は、JIS B 0207にある。メートル台形ねじの規格はJIS B 0216にある。ミニチュアねじの規格はJIS B 0201にある。 - ねじ山の角度 - メートルねじではねじ山の角度（フランク角；flank angle）は60°である。有効径ある一本のねじについて考えた場合、そのねじの軸方向と同じ向きの仮想的な円筒を考え、この円筒の径を変えていったとき、円筒が貫くねじ山の幅が、谷の幅に等しくなるようになったときの、仮想的な円筒の直径を有効径（pitch diameter）という。おねじの有効径の記号はd2などで表すことが多い。なぜ、添字をつけるかというと、ねじの径の種類は他にも多くがあるからである。たとえば、呼び径Dや、おねじの外径dやおねじの谷の径d1などがある。具体例として、メートル並目ねじの場合は、有効径と外径dとの間には、以下の関係がある。この式で、ピッチをpとする。（上の関係式は、まだ覚えなくて良い。）リード角βとリードLと、おねじの有効径d2の関係は、管用ねじ管（くだ）用ねじ（pipe thread）とは、配管用のねじで、平行ねじ（parallel thread）とテーパねじ（taper screw thread）とがある。気密性を必要とする管の接続に使われる管用ねじである。ねじ山の角度は55°である。テーパねじでは、有効径がわずかに傾き、テーパをなし、そのテーパの傾きは16分の1である。平行ねじでは、有効径は平行をなし、テーパは、なさない。平行ねじには、めねじの平行ねじには、おねじも平行ねじを用い、めねじがテーパねじの場合は、おねじもテーパねじを用いるのが標準であるが、めねじに平行ねじを、おねじにテーパねじを組み合わせて用いることもある。配管を組み付ける際の注意として、管用ねじにかぎらず、取り付け部に、ちりやほこりなどがあると、それが組み付けた際のすき間となる可能性があり、漏れの原因となるので、しっかりとちりやほこりなどを取り除く必要がある。フランジと比較すると気密性が劣るため、設計時の制約上（たとえば、大きさの都合など）、フランジが使用できない場合に用いる事が多い。フランジとは、管の円筒からはみ出た部分に、締結用のボルト孔がある継手である。 - シールテープ - 気密性を上げるため、シールテープ（thread sealing tape）を、おねじのねじ部に巻くことも有る。シール剤を塗ることも有る。シールテープは、テープ状の材質がテフロンなどでつくられたテープ上のシール材である。シールテープを巻く際には、巻き方に注意する必要がある。締め込んだ時にテープが、めくりあがらないような向きに巻く必要がある。（右ねじの場合、ねじの先端を見た場合では、結果的に、ねじに向かって右回りにテープを巻く必要がある。）また、ねじの先端から少なくとも2山くらいはシールテープを巻かず、3山目以降くらいから巻き始める。 - 先端を2山くらい空ける理由は、テープが管内の流路に侵入するのを防ぐためと、締め込みの際のめねじへの導入のためなどである。そして、ねじ山にそって、つる巻き上にねじの根元の方へ巻きつける。テープにしわが寄るとシールの役目を果たせないため、軽く引っ張りながら巻く必要がある。 - 点検などの際の注意として、締め付けた物を緩めると、シールテープの圧縮力が無くなり漏れの原因となるので、注意が必要である。また、ねじを外すとシールテープの断片が雄ねじと雌ねじの両方に付着している場合が多く、これを残したままにすると、漏れや管内への断片の混入などのトラブルの原因になる。したがって、再組み付けのためにシールテープを巻き直す前には、古いシールテープを完全に除去しなければならない。角ねじねじ山の断面が、ほぼ正方形を近いねじである。三角ねじに比べて摩擦が少ないので、比較的に小さなモーメントで軸方向に大きな力が伝達できる。このため、プレスやジャッキなどのように、軸方向に大きな力を受けながら運動する必要がある装置に使用する。台形ねじねじ山の断面が台形となるねじ。ねじ山の強度が角ねじよりも強い。摩擦が少ないので、比較的に小さなモーメントで軸方向に大きな力が伝達できる。また、組立時に軸方向の精度が出しやすい。そのため用途は、旋盤の親ねじや、測定器の測定軸などの、ピッチに高精度が要求される装置の送りねじで、台形ねじが用いられている。のこ歯ねじねじ山の断面が、片側のみ30°の傾きをもち、反対側はほぼ垂直なねじで、1方向からのみ大きな力が作用する装置に用いられる。このねじは、締付け状態から速やかにねじを緩めることができる。名前の由来は、形状が、あたかも、のこぎりの刃のような形をしているので、のこ歯ねじ（buttress thread）と呼ばれる。用途は、プレスや万力の締付け用ねじとして用いられている。ボールねじボールねじは、おねじとめねじナット間で多数の鋼球を転がり運動させるボールとして、摩擦を低減した送りねじである。ボールを嵌めこむために、めねじの谷に相当する部分にボール用の溝を、おねじのねじ山の谷の底に相当する部分にボール用の溝が作られている。ボールは、ボールねじのめねじからは、落下しないような構造になっている。工作機械，自動車のステアリングギヤなど，ねじの円滑な動きが必要な装置での運動用ねじとして用いられる。ねじの力学説明の都合のため、ねじの軸を立てたときの視点で話す。また、角ねじとする。ねじを回す力は、水平方向の力と考え、この力の大きさをF[N]とする。荷重は大きさがW[N]として、これが軸方向に掛かるとする。ねじのリード角はθとする。この力学の考察では、ねじ部の締め付けや緩めの力を求める問題を、物体を斜面の上へと押し上げる問題へと近似する。斜面に相当するのはねじ部の溝やねじ山である。だからリード角θが斜面の角度になる。ねじを締めるときの力締め付けに要する力F[N]を求めたい。まず、摩擦（friction）は無視して、力の関係式を求めると、 - 斜面に平行な力の成分 = F cos θ－Wsin θ - 斜面に垂直な力の成分 = W cos θ + F sin θ の式になる。そして、摩擦を考え、μ0を静止摩擦係数（coefficient of static friction）とすれば、最大静止摩擦力f0の式は、となる。摩擦力（tatic friction force）と斜面に平行な力との、釣り合いの式を求めると、となる。式変形をしていくと、右辺の分子と分母をcos θで割れば、となる。ここで、静止摩擦係数μ0 について変数変換をし、と置く。このときの、摩擦係数をタンジェントで変数変換した角度φを、摩擦角（angle of friction）という。この摩擦角を用いれば、力Fは、と書ける。これは三角関数の加法定理の公式を用いれば、と書ける。ねじをゆるめるときの力締め付けに要する力F[N]を求めたい。荷重は大きさがW[N]として、ねじのリード角はθとする。摩擦は無視して、力の関係式を求めると、 - 斜面に平行な力の成分 = F cos θ + Wsin θ - 斜面に垂直な力の成分 = W cos θ － F sin θ となる。摩擦力と斜面に平行な力との、釣り合いの式を求めると、と書ける。これは三角関数の加法定理の公式を用いれば、と書ける。ねじが自然に緩まないためにはθ≦φの条件が必要であり，締結用のねじには、この条件が絶対に必要である。この条件を、ねじの自立条件（セルフロック；self-lock）と言う。また、θ=φの状態を中立状態という。ねじを回すのに必要なモーメント以上の議論で求めたねじの締めや緩めに要する力に、ねじの有効径dを掛ければよい。なぜなら、以上の力の議論は、ねじ山の斜面の上での出来事だからである。 - 締めるときのモーメント - 緩めるときのモーメントねじの効率ねじを締めた時の仕事の効率を求める。まず、物理学で言う効率（efficiency）とは、投入したエネルギーに対して利用できるエネルギーの比である。ねじの場合は、ねじに加えた仕事と、ねじが行った仕事との比率である。例えば荷重 W の物体を坂の上で押して高さ L まで上げた時に、ねじが行った仕事は WL [J]となる。これを位置エネルギーの変化と見なす。ねじを回すのに要した仕事は、締めと緩めで異なる。締めの場合、次の式になる。 - 締めるときの仕事となる。さて、ねじが行った仕事はWLであった。したがって、ねじの効率は、以下の条件で表される。ねじがした仕事は、リード角 θの定義と三角関数タンジェントの定義より、d を有効径とすると、L= π d tan θが導かれる。なので、ねじのした仕事はWL = W π d tan θ と書ける。これを効率の式に代入すると、効率の式は、以下の式で書ける。ねじが自然に緩むことがない条件は θ ≥φなので、この条件の範囲での最大効率の値を求めるため、θ = ≥φ と代入して計算すると、最大効率η maxは次の式で表せる。したがって、自然にゆるまないねじの効率ηは、0.5未満になる。効率が良いねじは運動用のねじに用いられる。効率が悪いねじは、締め付け用のねじに用いられる。三角ねじは締め付けに用いられる事が多い。運動用ねじには、四角ねじなどを用いることが多い。ボルトボルトとナット - 通しボルト - 押えボルト - 植込みボルト - 六角ボルト - 六角穴付きボルトねじおよびボルトの強度引張荷重をうける場合強度を考える際、外部からの荷重は、もっとも径の小さいねじの谷底を代表させて考える。したがって、強度の計算では、応力σは加重Ｗを、谷底径d3に働くと考える。直径と半径の関係はr =d/2 である。これより断面積Sはである。したがって応力σは、となる。谷底径は有効径から算出する。規格などで、ねじの有効径と外径、谷底径との関係は規定されている。実際の設計の際は、引張応力に耐える強度計算の際は、許容応力を見込んで設計すること。せん断荷重を受ける場合ボルトにせん断荷重がかかる際は、可能な限り、ねじ部では荷重を受けないようにし、円筒部で荷重を受けるようにする。円筒部の外径をdとすると、断面積はπd2/4となる。せん断荷重の大きさをWsとし許容せん断応力をτsとすると、関係式は以下のようになる。これより、となる。どうしても、ねじ山の部分でせん断荷重を受けない場合の強度計算は、上式で、円筒部の直径dを、ねじの谷底径d3に変えて、荷重と面積と応力の関係式から同様に計算する。座金座金（ざがね、washer）は、中心部にねじやボルトを通すための穴の空いた、輪の形をした機械要素で、またの呼び名はワッシャーともいう。使用目的は、ねじやボルトに対して穴や溝が大きい場合など、そのままでは十分な座面が得られない場合に、座金を挟むことで安定した座面を得るために用いる。種類によっては、振動などによりねじやボルトが緩むことを防ぐために用いることもある。座金の使い方は、ねじの場合は、ねじと締結物との間に挟み込む。そのため、ねじを締める前に、座金にねじを通してから、締結物に締め付ける必要がある。ボルトとナットの場合は、ボルトやナットで締結物を締め付ける際に、座金をボルトと締結物との間、あるいはナットと締結物との間に、またはその両方に挟み込む。ボルトを締める前に、座金にボルトを通してから、締め付ける必要がある。座金によるゆるみ止めの効果は、あくまでも「無いよりかはマシ」と言う程度であり、座金だけにゆるみ止めを頼るのは危険である。座金だけに頼るのでは無く、点検・整備を確実に行うことや、複数本のねじによる締結の多重化など、他にもゆるみ対策を行う必要があるだろう。座金の主な種類を挙げると、以下の種類がある。 - 平座金 - ばね座金 - 皿ばね座金 - 歯付き座金 - 平座金（plain washer） - 平らな円盤状の座金。ねじに対して穴や溝が大きい場合など、そのままでは十分な座面が得られない場合に、座金を挟むことで安定した座面を得るために用いる。規格：JIS B 1256。 - ばね座金（spring lock washer） - スプリングワッシャーともいう。 - 輪の一部を切断し、切り口を食い違わせて、弾性を持たせた座金。弾性を持つことより、振動による、ゆるみへの抵抗力を増す効果があるとされているので、そのゆるみ止めの目的で用いられることが多い。規格：JIS B 1251。 - 皿ばね座金（conical spring washer） - 輪の内側が、外側よりやや高い形状をしている座金。弾性を持つことより、振動による、ゆるみへの抵抗力を増す効果があるとされているので、そのゆるみ止めの目的で用いられることが多い。 - 歯付き座金（toothed lock washer） - 座金の外側あるいは内側が多数の小さな歯があり、その歯をねじって弾性をもたせた座金。内側に歯がついた歯付き座金を内歯型という。外側に歯がついた歯付き座金を外歯型という。弾性を持つことより、振動による、ゆるみへの抵抗力を増す効果があるとされているので、そのゆるみ止めの目的で用いられる。規格：JIS B 1255。参考文献 - 日本機械学会編、『機械実用便覧』改訂第6版、丸善株式会社、2006年。 - 林洋次監修堤茂雄ら編、『機械設計1』、実教出版、平成25年（西暦2013年）。（文部科学省検定済教科書） - 青山秀樹ほか、『機械設計学』初版、朝倉書店、1998年10月。 1.『機械実用便覧』は用語の確認などに使用。2.『機械設計1』は高校での教育範囲の確認および、最新の規格の確認、および文部省の見解の確認に使用した。
null	null	高等学校工業機械設計/機械要素と装置/ばね - 本分野の予備知識予備知識として、この分野は、普通科高校の物理科目での、力学のばねに関する知識を予備知識としています。もし、物理の力学に詳しくなければ、まず物理科目（リンク:「高等学校物理」）からお読みください。また、機械設計科目内の材料力学に関する知識も予備知識としています。詳しくなければ、まず、材料力学（リンク:「高等学校工業機械設計/材料の強さ」）に関するページからお読みください。この節の分野は、材料力学などの知識を用いて、ばねの性質を詳しく解析する科目です。いろいろなばねばね（spring）について、中学校の技術家庭科では、「圧縮コイルばね」と「引張コイルばね」を習っている。高校の理科の物理学で習うばねは、主に、これら2種の「コイルばね」（coil spring）である。じつは、ばねには、これ以外にも、さまざまなばねがある。「コイルばね」の他、「重ね板ばね」、「渦巻きばね」(spiral spring)、「皿ばね」(coned dosc spring) などがある。また、「コイルばね」にも、じつは「ねじりコイルばね」（helical torsion spring）というのも存在する。高校の物理では、ばねは主に、モノをつるしたり、振動させたりなどが主な用途であった。しかし、実際のばねの用途は、それだけではなく、他にも用途がある。ばねの工業での用途は、下記のように、いくつかある。 - ・受けた荷重によってばねが伸びる（または縮む）関係をもとに、力（ちから）やトルクなどを測定する用途もある。「ばねばかり」 - ・エネルギーをたくわえる。時計のゼンマイのように、徐々に力を解放することもできる。 - ・衝撃をやわらげる。自動車や電車などでも防振装置の部品としてばねが使われる。 - ばね座金（ざがね）のように、ほかの部品を押し付けるなどして、なんらかの部品を密着・固定させる用途もある。 - ※ 上記の4条件の出典は、実教出版の検定教科書のほか、森北出版『機械設計法』にもこの4例の記載あり。（※ 本単元の範囲外）高校理科の作用・反作用の法則だけで考えると、ばねで振動を吸収して減衰（げんすい）できるのは不思議であるが（エネルギー保存則があるので、ばねの片方の端部で振動を吸収しても、けっしてエネルギーが消えるわけではなく、ばねの反対側の端部に同じ強さの力が伝わるハズ）、しかし実際のばねは、振動をある程度は吸収して減衰することができる。おそらくは摩擦の影響によって振動が減衰するのだろう [1] 、と考えられている。とはいえ、物理でならうように固有振動数などの共振の問題もあるので、けっして物理の力学で習う式が無駄になるワケではない。（工業高校『機械設計』でも、別の単元で、共振の問題をならう。） - ※ ばねには、金属ばねのほかにも、空気ばねなどもあるが、しかし本単元では空気ばねなどの気体の装置は除外する。検定教科書でも、この単元では、空気ばねについては、言及されていない。じつは他の単元で、空気ばねの話題が検定教科書にもある。材料ばね用の金属材料でも、要求される特性として、弾性係数の高さ、疲れやクリープへの抵抗の高さが要求されている。（※ この要求特性の出典としては、実教出版の検定教科書のほか、日刊工業新聞社『金属材料基礎工学』（井形直弘編著）などにも書いてある。） JIS などに、ばね用の金属材料が定められている。ばね鋼（spring steel）としてSUPなどが定められている。（型番SUPは範囲外. 検定教科書には無い。）このほか、ピアノ線（JISの型番は「SWP」）などの金属線を、比較的に小さいコイルばねの線材にする場合もある。（型番は範囲外.）ステンレスのばね鋼もあり、SUS302などが、ばね用ステンレス鋼線として定められている。（型番は範囲外.）上記のステンレス系のばね材は、耐熱性・耐食性の要求される場合や、電気用機器などで、もちいられる事がよくある。 - （※ 範囲外: ）鉄以外にも、黄銅線や「りん青銅線」といった銅系の線材、銅と亜鉛とニッケルからなる洋白の洋白線などがある。（くわしくは森北出版『機械設計法第3版』塚田忠夫著）を参照せよ。）コイルばねまず、考察対象の「ばね」として、円筒形のコイルばね（coil spring）を考える。円錐コイルばねなど別形状のばねは、今回は考えない。ばねの材質は一般の金属として、ばねに掛かる荷重の大きさは、弾性変形の範囲内とする。また、コイル線の断面形状は円形だと仮定する。世の中には、円形断面の他にも、角形断面のばねも存在するが、今回は考えないとする。ねじり応力の式ばねに荷重が掛かって縮んでいる場合、ばね全体で見たら、ばねには圧縮荷重が掛かっている。だが、コイルばねのコイル線の視点から見た場合の荷重の掛かり方は、コイル断面に垂直方向の荷重である、せん断荷重および、ねじり荷重の２種類の荷重である。ねじり荷重は断面２次極モーメントZpで計算できる。コイルの線径をd[mm]とすれば、（コイル線径dは、ばね全体の直径Dとは別なので混同しないように。） - [mm3] ねじり応力τの式は、かかる曲げモーメントをMとすれば - [MPa] で、曲げモーメントMは、荷重をW[N]として、ばね全体の直径をD[mm]とすれば、（ばね全体の直径Dは、コイル線径dとは別なので混同しないように。）曲げモーメントMの式は、 - [N・mm] である。すると、ねじり応力と曲げモーメントの関係式より、 - [MPa] となる。これより、コイルばねの、荷重W[N]とねじり応力τ[MPa]の関係式が求まったので、以下に結論をまとめる。 - [MPa] 実際の設計では、応力などを考慮して応力修正係数 κ を下記のように掛け算する。（※ 検定教科書に書いてあるのも、下記のκ（カッパ、ギリシャ文字）つきの式。） - [MPa] また、応力修正係数Kは、ばね指数をもちいて下記のように求める。 - (※ 範囲外: )歴史的なことなので暗記は不要であるが、上記のKの式( )は「ワール(Wahl)の式」という。なお「ばね指数」は英語で spring index という。 - JISでも上記のワールの式が採用されている。(JIS B 0724) - ※ばね指数 c は、コイルの直径 D とコイルの線径 d との比である[2]。ワールの式の形だけではわかりづらいが、ワールの式を実際にグラフにしてみると、横軸をばね指数としたとき、応力修正係数はおおむね 1.05～1.6の値の範囲内になる。加工などの理由で、ばね指数の値 c は、慣習的に熱間成形ではに c ＝ 4～15 に[3]、冷間成型では 4～22 の範囲になるように設計する事が多い（※ 工業高校の教科書に記述あり）。この範囲を外れて、cが大きすぎたり小さすぎたりすると、コイルを巻くのが困難になる。文献によっては c＝5～10としているものもある[4]。要するに c はおおむね、その程度に設計するのが慣習。ばね指数の表そのものは3～22までの表がある。たわみの式次にコイルばねのたわみに関して考えよう。まず、ねじり応力τと、その応力が掛かってる箇所のせん断ひずみγの関係式は、 - [MPa] である。せん断係数Gは物性値なので計算で求める必要がない。ねじり応力τの関係式は前節で既に求めた。まだ、ねじり応力の具体的な値は求まっていない。ねじり応力の実験値を求めるには、せん断ひずみγを求めれる必要がある。そしてせん断ひずみは、コイル全体の伸び縮みの変化から求めることになる。なので、コイル全体の伸び縮みの変化である「たわみ」と、線材のひずみとの関係式を求める必要が生じる。まず、解析の方針として、コイルの巻数をn巻と、しよう。（正確には、有効巻数（ゆうこうまきすう）という。後述。）そして一巻きあたりの「せん断ひずみ」と全体「たわみ」の関係式を求めてから、それを巻き数のn倍すれば全体の「たわみ」になるから、そうして関係式を求めてみよう。すると、まず、コイル一巻きの線材の長さLと、ばね全体の直径Dの関係式を求める必要が生じる。これは簡単に求まり、となる。これから、さらに、せん断ひずみを求めるには、軸のねじれ角とモーメントの関係式の公式を用いる。（近似的に、ばねのたわみを軸のねじりに見立てる。）すると極断面２次モーメントI_pとねじりモーメントTの関係式が用いられる。その、ねじりモーメントの関係式は、一巻きあたりのねじれ角をθ1とすると、である。なお、単位について、この式のθ1の角度の単位はラジアン単位である。いわゆる弧度法である。[rad]という単位である。「度」の°とは異なるので混同しないように。ひずみを求める計算に用いるのは、一巻きあたりのねじれ角のθ1なので、式変形をして、θ1に関した等式に変形する。すると、である。この式のLは既に求めた。コイルひと巻きあたりの長さLは、 - L=π D で、あった。この式のモーメントTも、既に求めてあって、荷重とねじりモーメントの関係式は - T=WD/2 と求まっている。次に、Gは物性値なので、解析では求める必要がない。極断面２次モーメントI_pは、線材の断面形状が円形なので、以下の公式が使えて、である。これらの、４つの代数をθ1の式に代入しよう。すると、と、なる。ところで、θ1は、一巻きあたりのねじれ角であって、ばね全体の全巻き数のねじれ角の合計ではない。なので、全巻き数合計の、総ねじれ角を求めよう。全巻き数は、n巻と設定してあったので、単純にn倍すれば良い。総ねじれ角θnは、全体のたわみδnを求めるには、総ねじれ角θnに、ばね全体のコイル半径D/2を掛ければ良い。なぜなら、一巻きあたりのたわみ量δ1は、だから、である。結局、全体のたわみδnは、である。結論を、まとめると、である。有効巻数以上の計算では、ばねの巻き数を単純にn巻きとして説明したが、実際のばねでは、ばねの全ての部分が機能するわけではない。コイル端部の、巻き始めと巻き終わりの部分は、ばねとしては、あまり機能しない。この、ばねとして機能しないぶぶんの巻き数を「不完全巻き数」という（要出典）。ばねとして機能すると考えられる巻き数を有効巻数（ゆうこうまきすう、英：number of active coils）という。力学解析で、たわみなどを求める際は、このあまりばねとして機能しない不完全巻き数の部分を排除して、有効巻数で計算する必要がある。（※ 範囲外 : ）圧縮ばねの端部の座巻きの部分や、引張りばねのフックの部分が、ばねとして機能しないと考える。そのため、おおむね 1.5～2巻きていどがばねとして機能しないと考えるのが通常である。このため、 - 有効巻き数＝見かけの総巻き数－ 1.5 または - 有効巻き数＝見かけの総巻き数－ 2 の式がよく用いられる。慣習的に、有効巻き数の記号では Na がよく用いられている。見かけの総巻き数を Nt とすると、上の日本語の式は - Na ＝ Nt － 1.5 - Na ＝ Nt － 2 と記号による数式になる。コイル端の研削の状態などを根拠にして、上記の式のいずれかを用いるかが、決まっている（詳しくは専門書を読め）。また、いずれの式を採用する場合でも、有効巻き数は最低でも3以上になるように設計するのが良い[5] [6]、とされている。 - ※ 検定教科書（実教出版）に、圧縮コイルばねの端部の「オープンエンド」や「クローズドエンド」や研削やテーパの場合の違いなどの図や公式などがある。本wikiでは省略。 - 引張コイルばねについても、検定教科書では、半フックや逆丸フックの場合の図なども書いてあるが、本wikiでは省略。板ばねなど板ばねの解析方法については、材料力学の断面係数や断面二次モーメントなどを用いた解析方法や公式が、理論的には知られている。 - ※ 検定教科書に、いくつか公式が天下り的に記載されている。 - ※ 理論的な背景に興味のある者は、材料力学の専門書を読め。計算だけなら、高校の数学2～3レベルの微分積分の知識と、当科目『機械設計』の材料力学の学力があれば、とりあえずの計算は可能。ばね以外の減衰装置 ※ wikiにダンパー内部の図が無いので、専門書や外部サイトなどを参照してください。ばねで振動を吸収する際、金属ばねだけでは吸収・減衰が不十分なので、車両などの実用的な機械では、流体をもちいたダンパーという減衰装置が取り付けられていることもある。流体がオイルな場合には、「オイルダンパー」または「油圧ダンパー」ともいう。（※ 実教の検定教科書では「油圧ダンパー」）原理は、流体抵抗をもちいた、振動の減衰である。ダンパーの内部構造として細孔（さいこう、オリフィス）がダンパー装置内にあり、この細孔をオイルが通るときの抵抗が速度に応じて、速度が大きくなると流体抵抗も大きくなる性質を利用する。 - ※ 「空気ばね」といわれる装置も、空気ばねの装置内部にオリフィスがあり、（空気なので気体であるが）その流体抵抗によって衝撃を減衰させる仕組みである。（『機械設計』検定教科書の範囲。）（※ 範囲外: ）高校の物理では、微分積分をつかって運動方程式を記述することを発展事項として習う。いちおう、ダンパ抵抗も、微分積分で記述することは可能である。 - ※ ダンパの微分方程式は省略する。興味があれば、初等的な『流れ学』あたりの本を読めば、たぶん書いてあるだろう。運動方程式の法則は F＝ma で表されるが（Fは力、mは質量、aは加速度）、ダンパ抵抗は速度vに比例するが、その速度vとは位置xの時間微分であるし、また速度を微分すると加速度aになるので。なので、速度vは結局、位置の1回微分だし、加速度aは位置の2回微分なので、方程式上では高々（たかだか）で2回微分の微分方程式になる。もっとも、実際の流体の物理現象は複雑であり、方程式の予想どおりに振舞うとはかぎらないので、あくまで大まかな傾向を確認するくらいに式を使うのが良いだろう。最終的には、設計者などは実験によって、これらの製品の特性を確認するべきだろう。（流体にかぎらず、）重ね板ばねでも同様、各種の方程式では、精度が悪いので、実験によって最終的には確認する必要がある [7]。（※ 出典には流体のダンパ抵抗のハナシは無いので、冒頭部は丸カッコにした。）参考文献・脚注など - ^ 中島尚正ほか著『機械設計学』、朝倉書店、1998年12月10日初版第1刷発行、49ページ ,, 板ばねによる振動の減衰を摩擦だと断言している - ^ 日本機械学会『機械実用便覧改訂第6版』、日本機械学会（発行所）、丸善株式会社（発売所）、2006年9月30日 11刷発行、442ページ - ^ 三田純義・朝比奈奎一ほか『機械設計法』、コロナ社、2015年9月10日初版第16刷発行、187ページ - ^ 中島尚正ほか著『機械設計学』、朝倉書店、1998年12月10日初版第1刷発行、48ページ - ^ 三田純義・朝比奈奎一ほか『機械設計法』、コロナ社、2015年9月10日初版第16刷発行、189ページ - ^ 大西清『機械設計入門』、オーム社、平成28年6月10日第4版第2刷発行、173ページ、 - ^ 中島尚正ほか著『機械設計学』、朝倉書店、1998年12月10日初版第1刷発行、49ページ ,, 板ばねによる振動の減衰を摩擦だと断言している
null	null	高等学校工業機械設計/機械要素と装置/カムカム（cam）は、回転軸に取り付けられる機械要素の一種である。形が非対称な輪郭を持つ板状の物あるいは立体形状の物で、カムを回転させることで、カムに接触したフォロワ（follower）と言われる機械要素に、様々な運動をさせる機械要素である。カムの側を、他のものを動かすことから、原動節あるいは原節という。フォロワのように他の原動節の動きによって、動きを与えられる側を、従動節あるいは従節という。カムとフォロワなどをまとめて、カム機構やカム装置などと呼ぶ。カムの輪郭曲線を平面曲線で表せるものを平面カムという。輪郭曲線が平面内に無く、輪郭曲線が３次元曲線になるカムを立体カムという。平面カムのうち、回転板をカムとした物を板カムという。フォロワの先端には、摩耗を減らすため、ころを付ける場合がある。従動節を往復運動させるカム機構を直動カム（translation cam）という。従動節に特殊形状を持たせたカム機構を反対カム（reverse cam）や逆カムなどという。 - カム機構の、さまざまな種類。第6番のようなカムが反対カム。第7番のようなカムが円筒カム。第5番は溝つき板カムで、溝にフォロワの先端が挟まっている構造になっている。第1から第6まで、全て平面カム。図中では立体カムは第7のみ。 - 板カム立体カム - 円筒カム（cylindrical cam）円筒に溝を彫ったカム。円柱カムともいう。 - 円錐カム（conical cam）円錐に溝を彫ったカム。 - 球面カム（spherical cam）球に溝を彫ったカム。 - 端面カム（end cam）円筒などの回転体の端面が特殊な形状のカム。 - 斜板カム（swash cam）回転軸に対して、斜めに板を取り付けたカム。カム線図グラフによって、カムの回転角を横軸の値で表し、フォロワの動きを縦軸の値で表したグラフのことをカム線図（cam diagram）という。左図の場合、線図のT1とT3に対応する時期に、フォロワは動き、T2とT4ではフォロワは静止する。
null	null	ベルト伝導は、離れた2軸をつなげて便利である。平ベルトには滑りがある。ベルトとプーリにに歯をもたせ、噛みあうようにして滑りを防いだ、歯付ベルトがある。ベルトの掛け方には、平行がけの他に、たすきがけ（「十字がけ」とも言う）などがある。ベルトの長さ平行掛けの場合、２個のプーリの径をそれぞれD1[mm]およびD2[mm]とすると、ベルトの長さLと巻きかけ角度θは、以下の式になる。φはプーリの共通接線が、プーリの中心を通る線となす角度である。２個のプーリのプーリ中心間の距離をa[mm]とする。すると、とは三角関数の逆関数である。つまり、のときに、という式で、は定義される。 sinの逆関数がと表記される場合もある。長さの近似式として、上の長さの式の中にあるcosの、べき級数展開の2次の項までの近似式を用いて、ベルトの長さの近似式を用いる場合もある。cosの2次までの展開式は、である。長さの近似式は、結果的には、となる。
null	null	高等学校工業機械設計/機械要素と装置/圧力容器おもに金属製の容器を対象に考える。ガスタンクなど、圧力のある流体を容器に詰めたものを圧力容器という。容器に詰める流体の種類は、気体や液体、蒸気などである。実際の容器には、バルブなどが付いていて、バルブを開くことで、内部の流体を取り出す。なので、バルブを閉めることで、内圧を高いまま維持できるなら、一般には圧力容器と見なす。なお、容器の外側から圧力がかかる場合も、圧力容器という場合もあるが、今回の考察では外側からの圧力は考えないとしよう。また、なお、ボイラーの規格で第一種圧力容器などが規定されているが、今回の本ページの解説では、工業規格には立ち入らず、圧力容器の定義は素朴な直感的定義とする。内圧によって容器にかかる応力が均一に見なせる場合の容器を薄肉容器（うすにくようき）という。「薄肉」容器と言っても、容器が壊れない程度には厚さを持っている。この場合の薄肉とは、応力が均一に見なせるという意味である。容器の壁の内側のほうが外側よりも応力が大きいので、厚さが大きくなってくると、応力は、だんだん一定とは見なせなくなってくる。このような応力が一定とは見なせないほど厚さが大きい場合は厚肉容器（あつにくようき）という。では、内圧と応力の関係を考えよう。まず薄肉容器から計算をする。厚肉容器の応力の理論も、薄肉の場合の応力の理論が、理論的基礎になっている。なので、まず薄肉容器の応力の理論を理解する必要がある。薄肉円筒の場合円周方向の応力具体的には、金属管の円形の直管を想定して頂きたい。直管部の端はバルブなどで閉じてるとしよう。管の大きさは実験室レベルとして、管の軸の向きは水平方向の向きとしよう。さて、円筒の長さは管内径に対しては、十分に長いと仮定する。また、内圧によるひずみ変化が無視できるほどには、応力が小さいとする。（管の垂直方向の上部と下部との重力差の影響を考えると、計算がやっかいなので。）こう仮定すれば、応力は半径方向のみになる。応力の方向は、管壁に垂直であり，円筒管だから、つまり管内壁の各部に、半径方向の向きに応力がかかる。バルブにかかる応力の影響は、管が管径に対して十分に長いと仮定してるので、バルブ部分は応力計算から無視できる。内壁に掛かる力の方向を考えると、力はベクトルであり向きを持っているから、これを考慮して、内壁に掛かる合計の力を考えないといけない。そして、その合計の力が応力に関わる。（合計の力の厳密な証明は、最終的には、管の中心を通る断面と交わる管の面積を考える必要がある。この結果の算出方法として、三角関数やベクトルなどを駆使して、管壁にかかる力のベクトルを積分して計算する方法もあるが、高校レベルをやや超えるので、本節では、結果の計算法を用いるとする。）さて、管の長さをL[mm]とする。まず、合計の力を考えるには、管の中心を通る断面と管内部の交わる面積DL[mm2]に、外部との差圧の圧力p[MPa]を掛けた値pDLになる。（pDLになる理由は、証明がベクトルの積分を用いるので省略。代わりに、直感的に考え、説明図などを書籍や外部サイトなどで探して、納得いくまで直感的に考えよ。）合計の力F[N]は - [N] である。管の断面積は、管の厚さをt[mm]として、断面積は、 - [mm2] である。応力σ[MPa]は、断面積2tL[mm2]に均一に掛かると仮定して、（薄肉なので、均一に応力が掛かると仮定できる。） - [MPa] である。管の厚さに関する、JIS規格の配管に関する規格であるスケジュール番号（Sch）は、このような応力計算を元に定義されている。なお、実務の際は、安全率を考慮して、応力の計算結果よりも大きめの耐久性を持たせておく必要のあることを、忘れないように。軸方向の応力軸方向の応力の考察は、円周方向の考察では省略したが、実は、簡単に計算できる。まず、軸方向の応力を考えるには、管の端部は容器と一体になっていないといけない。この場合、容器からの流体の取り出し用のバルブは軸端部以外の、端部から離れた円周上の箇所に、バルブなどをつけることになる。応力集中については、計算の簡単化のため、今回は応力集中は考えないとする。さて、圧力が容器におよぼす軸方向の合計の力F[N]は、軸方向の内径の断面積に、圧力p[MPa]を掛けたものになる。軸方向の応力で考える断面積は「軸方向の断面積」を考えることに注意。前の節の円周方向の応力で考えた「断面積」は、円周方向の断面積なので、混同してはならない。さて、軸方向の合計の力F[N]を式で表せば、 - [N] である。軸方向の断面で考えた管の断面積は、（これは内径の断面積でなく、管の断面積である。混同しないように注意。）である。（管の厚さが薄いので、断面積は、管の内周に厚さを掛けた値で近似できるとする計算法が、薄肉圧力容器の軸方向応力での、一般的な計算方法である。）こうすれば、軸方向の応力σtは、 - [MPa] である。実務の際は、安全率を考慮して、応力の計算結果よりも大きめの耐久性を持たせておく必要のあることを、忘れないように。圧力容器の実際の設計では、応力以外にも、疲労強度や熱応力など、様々な検討項目および検証項目がある。内部流体の種類によっては、化学腐食などの影響も検証しなければならない。
null	null	高等学校工業機械設計/機械要素と装置/歯車まず、平歯車から説明する。平歯車とは、歯が軸に対して、平行方向に歯が付く通常の歯車である。軸方向に対してねじれや傾斜などが無い歯車である。 - ピッチ円とは歯の接触してる接触点の軸からの距離は、回転中に変わるので、そのままでは計算が煩雑であり、不便である。なので、代表的な直径を選びたい。歯車を、近似モデルで、摩擦車のような転がり摩擦をする円柱で近似すると、直径の計算が便利である。このように歯車を転がり摩擦で伝動する円柱に近似したときの、その円柱の円周をピッチ円（pitch circle）といい、そのピッチ円の直径をピッチ円直径という。ピッチ円のことを、基準円とも言う。歯車用語の基礎 - ピッチ円直径（pitch diameter）ピッチ円の直径のこと。dで現すことが多い。基準円直径ともいう。名前が基礎円直径と似てるが、基準円と基礎円とは、別物なので注意。基礎円直径は、インボリュートを書くときの円柱の直径のこと。平歯車の場合は、歯底円の近くの直径になる。歯底円とインボリュートの基礎円とは異なるので混同しないように注意。 - モジュール（module）メートル系の規格を採用してる国では、歯車の歯の大きさを表すのに、これから説明するモジュールという値を用いるのが一般である。定義は、歯数をzとして基礎円直径をd[mm]とした場合、モジュールは、 - m=d/z である。２つの歯車を噛み合わせる場合は、両歯車のモジュールを等しくさせる必要がある。歯の大きさは、モジュールの値が大きいほど歯の大きさが大きくなる。後述するが、歯車の歯先円直径は、インボリュート歯車の場合、 - da ＝ d + 2m と定められている。歯形曲線 - 歯形曲線の種類歯形の曲線には、インボリュートという曲線が、一般に用いられることが多い。インボリュートとは、円筒に糸を巻きつけて、ゆるみなく引きほどいていったときに、糸の先端が描く曲線。この作図のときの巻きつけた円筒に相当する円を、基礎円（base circle）という。名前が基準円（ピッチ円）と似ているが別の円なので、間違えないように。インボリュート歯形は、歯車の歯形では標準的に使われ、ほとんどの歯車の歯形はインボリュート歯形である。歯形には、インボリュートの他にも、サイクロイド歯形、トロコイド歯形、円弧歯形などの歯形もあるが、特に断らない限り本書ではインボリュート歯形を例に説明する。インボリュート曲線の幾何学 - インボリュート曲線 - 糸を解く様子 - 基礎円の付近でのインボリュート拡大図インボリュートの幾何学的な特徴として、インボリュート曲線と、その基礎円との接線とは、直角（=90°）で直交する、という性質が有る。なお後述するが、その結果、インボリュート歯車の作用線と歯形曲線とは、直交をする。証明は以下の通り。 - 定理インボリュート曲線と、その基礎円との接線とは、直角（=90°）で直交する。 - 証明そもそも円とは、正多角形の角数を無限に大きくしたものでもある。（小学校などで円の面積の公式を学んだ時の論法を思い出そう。）証明の方針を述べると、まず、この正多角形に糸を巻きつけて、糸をゆるみなく引きほどいていったときに、糸の先端が描く曲線について、定理を証明すれば良い。そのあとに、角数を無限大に増やせば、円の場合について証明ができる。まず、正六角形に糸を巻きつけた場合で考えよう。糸をほどくと、60°ほどくたびに、半径が変わるが、それであっても、正六角形の各頂点を中心とした円弧の組み合わせで、ほどいた曲線を表現できる。そして、円弧の接線と、その接点を通る円弧の半径とは直交するという幾何の定理（いわゆる「接弦定理」の一例。）がある。接弦定理とは、「円の接線とその接点を通る弦が作る角は、その角の中にある弧に対する円周角に等しい」という定理。弦が円の中心を通る場合の円周角は、円周角の定理より円周角が90°なので、接弦定理により、円周角と等しい「円の接線とその接点を通る弦が作る角」も90°になる。したがって、接弦定理と円周角の定理により、正多角形に糸を巻きつけた場合の糸の軌跡は、円弧で表現できる糸の軌跡と、円弧の半径に相当する糸とは、直交をする。正六角形の場合は糸を 60°ほどくたびに、円弧の中心位置と円弧の半径長さが変わるが、その場合でも、接線の方向は変わらないので、半径と接線とが直交するという関係も変わらない。このほどいた時に半径長さが変わる現象は、インボリュート曲線では、ほどいた糸の長さが、ほどいた角度に応じて変わり続けることに相当する。だから、円に巻きつけた糸をほどいたインボリュート曲線でも、糸と軌跡との直交関係は変わらないということに対応する。 - （※ 数学の「微分積分学」や「微分幾何学」などの数学教科書を読んでも、インボリュートの糸と軌跡の直交関係が証明されておらず、暗黙の前提として、直交関係を利用している。要するに、日本の数学者が、インボリュートの証明をきちんと理解していない。） - 上述のようなインボリュートの多角形モデルのことを何と言うのかは、現時点（2021年）の編集では不明だが、サイクロイドを同じような考え方で正多角形で近似したものを「離散サイクロイド」と呼ぶ数学者もいる[1]。この呼び方に習えば、上述のようなインボリュート曲線の多角形モデルのことは「離散インボリュート」という呼び方になるだろう。以上は正六角形を例に説明したが、同様の証明が、正四角形でも正八角形でも、正多角形でも成り立つ。正多角形の角数を無限大にすれば、円になる。よって、インボリュート曲線の基礎円の接線とインボリュート曲線とは直角に直交する。（証明、おわり。） - 余談かさ歯車などの歯形に用いられるインボリュート等についても、同様の証明が、円と正多角形との場合だけでなく、円錐と角錐との場合も成り立つので、かさ歯車などについてインボリュートを拡張する場合は、以上の証明での「正多角形」を「正多角錐」に置き換えれば良い。直交座標でのインボリュートの式の導出もし、読者が高校三年レベルの微分積分とベクトルと三角関数との知識を知っていれば、座標幾何学的な計算を用いて、より詳細に、インボリュートと基礎円の接線との直交を証明できる。もし読者がそれらをまだ知らなければ、この節は読み飛ばして頂きたい。まず、直交座標上での式インボリュート曲線の式は、媒介変数表示を用いて以下の式である。次の式で、θは、基礎円上での、ほどかれた角度に相当し、θの単位はラジアン表示（弧度法）である。これを導出しよう。 - 導出まず、インボリュート曲線で、基礎円上で角度θだけ糸をほどいた場合の、基礎円上の糸の根本の位置ベクトルは、である。ほどいた糸の長さはラジアン単位の定義よりa θであることが分かる。糸の方向については、さきほど初等幾何で証明したインボリュートの定理により、糸と基礎円の半径方向とは直交するので、つまり、方向ベクトルは、である。ほどいた糸の長さはaθであったので、結局、ほどいた糸の、基礎円上の根本から糸の先端までのベクトルを(x_s,y_s)とすれば、である。基礎円の根本の位置ベクトル(x_b,y_b)と、ほどいた糸のベクトル(x_s,y_s)とを組み合わせれば、インボリュートの直交座標上でのベクトル式(x,y)が導出される。したがって、以上で導出は、おわり。直交座標でのインボリュートと基礎円接線との直交性の導出インボリュートの接線ベクトルを求め、この説ベクトルと、糸の根本から先端までのベクトルとの直交性を調べるため、ベクトルの内積を計算すれば良い。まず、軌跡の位置ベクトルは、である。接線ベクトルを求めるため、軌跡の位置ベクトルをθで微分すれば、基礎円上の根本から糸の先端までのベクトル(x_s,y_s)の式は、でったので、直交性を調べるため、接線ベクトル(x',y') との内積を取れば計算すればいい。内積を計算すると、となり、内積がゼロになるので、軌跡と基礎円の接線とが直交することが分かる。 - ※ 上述の考察から分かるように、歯車は一般的に、歯面どうしが滑りながら押し付けあっているので、潤滑が必要である[2]。作用線インボリュート歯車では、噛み合う歯車の接触点の軌跡（この軌跡を作用線という）が、円のインボリュートの幾何学的な性質により、両歯車の基礎円の共通接線になる。なので、その結果として、もし取り付けの際に両歯車の軸中心間の距離が少しずれても、インボリュート歯車どうしなら、一定の回転速度でかみ合うので、便利である。 - 作用線（Line of action） - 接触点と作用線と歯形曲線の関係なぜ、軸中心が少しずれても、一定の回転速度でかみ合うかというと、もし軸中心の距離が少しずれても軌跡としている共通接線が少し変わるだけで、共通接線を軌跡とするという性質が変わらないからである。また、以上の結果から、インボリュート歯車では、歯車の回転速度が一定になる。 - 圧力角基準円の共通接線と作用線のなく角を圧力角（pressure angle）という。一方、歯面の法線と半径方向（基準円の法線）とのなす角を英語圏では"profile angle"とよび区別することがある。インボリュート歯車の場合、この圧力角と"profile angle"は等しくなる。ただし、日本産業規格のJIS B 0102-1:2013「歯車用語－第1部：幾何形状に関する定義」（4.1.5.2）では、圧力角の定義が異なり、英語圏での"profile angle"に相当する、歯面の法線方向と半径方向の角度の定義を持って、「圧力角」の定義としているので、注意。バックラッシ歯車の、かみ合ってる歯の後方にできる隙間のことをバックラッシ（Backlash, バックラッシュとも呼ぶ）という。この隙間は必要であり、バックラッシによって歯車は滑らかに動くことができ、また潤滑や誤差の吸収や熱膨張の吸収にも必要である。しかし、ある方向に回転していた歯車を逆方向に回転させたときに、バックラッシの長さの分だけ、かみ合わない状態が生じ、その結果として衝撃が生じることがある。歯車へのバックラッシの設け方は、二つの方法があり、取り付け時に歯車の中心間距離を少しだけ広げる方法と、歯車製作時に歯を少しだけ細く作る方法とがある。歯を細く作りバックラッシを設ける方法では、製作時の工具による歯切りのときに、切込み深さを標準の切込み深さよりも少し深くして切り込むことで、歯車を少しだけ細くしてバックラッシを設ける。遊星歯車機構遊星歯車機構（ゆうせいはぐるまきこう、英語：planetary gear mechanism）とは太陽歯車（sun gear）を中心として、遊星歯車（planetary gear）が、かみ合いながら自転しつつ公転する構造を持った機構である。これら太陽歯車と遊星歯車に、さらに内歯車を付け加えた機構を含めて、遊星歯車機構と呼ぶ場合もある。回転比の式の導出公転と自転と回転数の関係式を計算する際、太陽歯車と遊星歯車からなる遊星歯車機構のモデルは、角柱の周りを別の角柱（ただし、両柱の一辺の長さは同じとする。）が滑りなく公転するモデルで、初等幾何的に計算できる。このとき、角柱の辺の数は、各歯車の歯数と同じにすれば良い。ところで、回転している剛体の回転の中心点を、自転や公転は特に区別せず、幾何学の用語で回転中心（rotation center）という。この角柱モデルでの説明では、自転と公転を区別することにする。遊星側の角柱の自転の中心は、転がっている遊星側の角柱と太陽側の角柱との接触点になっている頂点の位置になる。（一時的に点接触ではなく、線接触になる瞬間があるが、虫をする。）なお、今回のモデルにかぎらず、一般に、平面の転がっている剛体の回転中心は、剛体と平面との接触点になる。証明を知りたければ、多角形を転がした場合を考えれば良い。説明の都合のため、角柱は、遊星側・太陽側の両方とも正多角柱とする。ふたつの角柱は、辺の数は、違っていても構わないが、一辺の辺の長さは同じとする。自転の定義と公転の定義なお、今までの説明で特に断らなかったが、このモデルでの剛体における自転の定義は、運動をした剛体上のある1個の線分が、座標系のx軸などの基準線（これは運動によらず固定とする。）となす角度が、運動の前後で、どのくらいの変化量をしたかで定義する。この角度は、剛体上のどの線を選んでも変わらない。もし剛体上で選んだ線分の種類によって、運動後の基準線との角度変化量が異なったとすると、回転演算を逆算すると剛体の各質点の間隔が変わったことになり、剛体が変形したことになるので、もはや剛体の定義と矛盾する。剛体の定義は、質点の集まりとしての物体のうちで、質点相互の間隔が変わらないもののことを言う。また、このモデルでの剛体の公転の定義は、剛体上の一点と基準点（これは運動によらず固定とする。）とのなす角度が、運動の前後で、どのくらい変化をしたかで定義をする。剛体上の、どの点を選んでも、自転の場合と同様に、公転の結果は変わらない。もし点の種類によって公転の角度変化量が変わったとすると、自転の定義の場合と同様に、回転演算を逆算すると物体が変形したことになり、やはり剛体の定義と矛盾する。瞬間中心なお、回転中心と似たような概念で、機械工学には瞬間中心（instant center）という概念があるが、これは剛体の速度分布から求めた中心点である。必ずしも自転の中心と一致するとは限らないので、読者は混同しないように気をつけるべきである。他にも混同しやすい例として、縮閉線（インボリュート展開の逆操作によってもとめた点の軌跡のこと）の中心や、曲率中心（軌跡を静止した円で近似した場合の、その円の中心点）と間違えやすいが、これらとも瞬間中心は異なる概念である。平面の上を円盤や円柱が転がるときは、平面と円との接触点を瞬間中心と見なせる。この場合は、自転の中心と瞬間中心がおなじになる。 - 瞬間中心の図1 点A1,B1が移動して点A2,B2へ移った場合、図中の点Pが瞬間中心である。遊星歯車の頭文字"p"とは無関係なので混同しないように。（偶然の一致） - 瞬間中心の図2 図中の矢印は速度方向を表している。速度の垂直線の交点である点I が瞬間中心である。角柱モデルでの遊星機構の説明まず、太陽側の角柱を静止させて、固定させたモデルで検討をする。説明の簡単化のため、内歯車をもつ場合の機構は、別途、後述する。さて、太陽側の歯数をZsとしよう。これをモデル化した角柱は、正S角柱だとする。遊星側の歯数はZpとしよう。これをモデル化した角柱は、正P角柱だとする。遊星側の角柱が、太陽側の角柱を接触しながら転がって、ある一辺から隣の辺に移る際の遊星側の角柱の自転角度は、幾何学的に考えれば、遊星側の角柱の外角Epに太陽側の角柱の外角Esを足した角度Ep+Esと同じである。公転が時計回りなら自転も時計回りなので、公転の向きと自転の向きは同じ向きであるので、計算では足しあわせて良い。そして、太陽側の正多角形の各辺の外角は - ()° である。つまり、同様に、遊星側の各辺の外角も、である。これを足しあわせた角度、Ep+Esが、一辺を転がった時の自転の量だから、この量は、で表される。公転の角度については、遊星側が太陽側の一辺を転がって隣の辺に移るたびに、太陽側の角柱の外角と同じだけ公転する。つまり、遊星側が一辺を移るたびに、遊星側の角柱の公転量は、 °だけ公転をする。自転と公転の比例係数を取れば、結局、遊星側の角柱の自転（rotation）と公転(revolution)の比はになる。余談だが、摩擦車などの周りを滑りなく転がす場合も同様の手法で自転と公転の比を、幾何学的に証明できる。この場合は、摩擦車の円周長さを、角柱の角数に置き換えて、同様に証明すれば良い。次に、円形の枠の内側に歯がついた内歯車の場合のモデルを説明する。この場合は、内歯車のモデルは、穴が空いた型枠のモデルで考えれば良い。正多角形の穴が空いた型枠を、内歯車のモデルにする。多角形の型枠の中を、別の多角形が転がる問題を考えよう。説明の便宜上、型枠の角数もS角形としよう。（太陽sunの頭文字を用いるのは不合理だが、太陽歯車の公式と内歯車の公式の2つの公式を対照的に比較できるので、この説明では型枠を正S角形とする。）まず、外側の型枠の正多角形Sは固定されて、内側の正P角形が転がる場合を考えるとする。遊星歯車の公転と自転の方向は、内歯車のモデルの場合では、逆向きになる。したがって、遊星側の角柱の公転と自転の比は、になる。 - （※ 一般的な大学レベルの機械工学の教科書では、この歯車のまわりを公転する歯車の図形問題で、外角のモデルを採用しておらず、公式丸暗記である。また、数学書や数学啓蒙書などでも、外角モデルを採用しておらず、円のユークリッド幾何学などから「証明」している。数学の啓蒙書に、ときどき「十円玉の円周に、別の十円玉を接触させて、すべらずに十円玉を1回公転させたら、十円玉が公転を何回するだろうか？」という問題が書いてあって、その証明で、円のユークリッド幾何学などから「証明」している。（「証明」だと、その数学書は主張している。もちろん、円のモデルでは、楕円のまわりで楕円を転がす場合に拡張されると、円のユークリッド幾何学では手におえず、もはや理解不可能になる。また、円錐に接触させた別の円錐を転がす問題でも、手に負えなくなる。要するに、日本の数学者が、円的な図形の周りを公転する図形の問題についての、外角モデルの証明を知らない。要するに、日本数学界が、何も知らない。）遊星機構における自転と公転の回転比の公式最終的に機械技術者が知りたいのは、幾何学の角柱の性質ではなく、機械工場での実務の歯車計算である。だから、上記の式を歯数ZsおよびZpを用いた表現に直そう。すると、静止した外歯車の周上を遊星歯車が転がる場合の自転（rotation）と公転（revolution）の比は、となる。静止した内歯車の枠内を遊星歯車が転がる場合の自転と公転の比は、になる。太陽歯車を回転させた場合二つの外歯車について、太陽側を回転させて、遊星側を固定した場合は、ただの平歯車同士の回転である。とくに目新しい説明事項はないので、これについては説明を終える。太陽歯車と遊星歯車と内歯車を、公転を止めて自転させた場合かさ歯車の場合かさ歯車の場合で、自転と公転の比を求めたい場合は、角柱における外角の代わりに、円錐のとなりあう2個の斜面の法線（垂直線）の変化量を、外角の代わりとして用いて同様に計算すればよい。あるいは、便宜上だが、角錐や円錐のような立体図形でも、外角の定義を法線の概念によって、拡張できると見なすこともできる。ただし、図形が可展面（「かてんめん」。その図形を紙で作った場合に、切れ目を入れれば、平らな平面にできる図形のこと）である必要がある。転位歯車歯の強さ曲げ強さまず、歯が太いほうが、直感的に言って、曲げに強いだろう。太さとは単純に考えれば、歯車の幅をbとし、円周方向の長さに相当する円ピッチをt とすれば、単純計算で歯の太さはbt であろう。詳しくは、あとで計算する。また、歯車の最も弱い部分は、根本のくびれてる部分だから、この断面を定義し（危険断面と言う。右図ではsと表されてる。）その断面での、せん断応力を考えればいい。なお、危険断面の位置と、円ピッチの位置とは異なるが、単純計算なので、歯の太さについては、とりあえずはbtで近似できると考えることにする。さて、せん断応力の算出には、歯を片持はりと見なして計算すれば良いだけである。かみあい率については、計算の単純化のため、考えない。曲げ強さの計算では、１枚の歯に力がかかるとする。それに強さを計算するのならば、最悪の場合である１枚の歯にのみ力がかかる場合を計算するのが合理である。一般に，ピッチ円の接線方向の力が1枚の歯先に作用するものと考える。とすると、直感的には、歯の強さの式は、次のような形の式になるだろう。これをルイスの式という。ただし、y は歯形係数といい、圧力角などの形状などに依存する係数である。詳しくは後述する。あるいは、円ピッチt の代わりにモジュールm で、ルイスの式を定義することもある。こちらの定義の場合のほうが多い。つまり、である。 Hoferの危険断面歯でもっとも破壊しやすい場所の曲げ強さを考えれば、じゅうぶんである。そのような、もっとも弱い場所は、歯の根元付近にある。この面を定義するため、歯形中心線（歯先の中央点から、半径方向に歯車中心点へと下ろした線。）と角30°をなして歯元に下ろした直線が、歯元の歯形曲線と内接する2点を点B，点Cとする。この線BCからなる断面を、歯の危険断面という。危険断面とは、強さの解析などの際、もっとも破壊しやすいと予測される場所のことである。歯車の強さの計算で、この場所が最も弱いと考える方法を、Hofer （ホーファー）の30°接線法という。歯に働く力では、解析を進める。この危険断面上の円周接線方向の歯厚を s とする。歯の円周方向の力がF[N]だとしよう。これは伝達動力P [W]から周速度v [m/s]を割れば求められる。つまり、まずPやvの実験値から、 - F=p/v が求まる。これは、歯面で歯が受けた力（Fnとする）のうち、まず、歯を曲げようとする力はcosβ方向のぶんのみである。sinβ方向は、歯を中心軸へ向けて圧縮しようとする方向であり、曲げ方向ではない。よって、歯を曲げようとする力F1 は、 - F1 ＝ Fn cosβ である。あとは、歯面で歯が受けた力 Fn さえ、求めればよい。さきに結論を言うと、 - F ＝ Fn cosα である。なぜなら歯が受けた力F_n のうち、歯車の回転に寄与するのは圧力角a [rad]の余弦cos α の分だけだからである。さて、われわれが最終的に求めたいのは、歯の曲げ強さであり、そのため歯車に関する力で最終的に求めたいのは、曲げ方向の力 F1 である。わざわざFnやFを求めるのは、たんに直接はF1を測定できないので、しかたなく実験値から導出できるFとの関係式を求めたわけである。つまり、実験から導出したFをもとに、最終的にF1を求めればよい。では、その計算作業をしよう。この連立方程式を解けばよく、Fをもとに、最終的にF1を求めればよい。 1段目の式を、2段目の式で割れば、移項して、である。歯の曲げ強さ次に、曲げモーメントM の大きさを考える。ここで、「モーメント＝力*距離」の距離を考えるため - L ：力の作用線と歯形中心線との交点から危険断面までの距離とLを設定すれば、曲げモーメントM は、である。いっぽう、せん断力によって生じる曲げ応力σ と曲げモーメントMの関係式は、断面係数Z を用いて、であった。危険断面は、長方形断面と見なしてよく、長方形断面の断面係数の公式はZ=(1/6)bh^2 である。今回の歯車の場合では、危険断面の厚さをsとしたので、断面係数はである。これを曲げモーメントと断面係数の式に代入し、さて、分母にb が出てるが、冒頭の歯の太さの単純計算では、歯の太さをモジュールm を用いてbm で近似したのであった。だから、分子と分母の両辺にモジュールm を導入して、歯の太さの項bm を分母に用いた式に変形しよう。すると、やや後知恵な変形だが、次のように変形できる。ここで、を歯形係数として定義する。導出のモジュールで分子と分母を導入する式変形が後知恵的だったが、歯形係数の次元を見ると、無次元量になってるので次元がある場合より一般的であり、導出の式変形には納得をして貰いたい。文献によっては、上記の式の逆数に近い式によって与えられる場合もあるので、注意が必要である。また、圧力角を歯形係数の代わりに用いる場合もある。もし、数表などから歯形係数の数値を引用する際に、誤って別の定義の歯形係数を用いてしまうと、計算結果が間違ってしまう。なので、数表で計算する場合は、歯形係数の定義にどの定義を用いているかを確認の上で用いること。参考文献 - 日本機械学会、『機械実用便覧』改訂第6版、丸善株式会社、2006年。 - 林洋次ほか12名、『機械設計2』、実教出版、平成25年（西暦2013年）。（文部科学省検定済教科書） - 青山秀樹・中島尚正ほか5名、『機械設計学』初版、朝倉書店、1998年10月。 - ウィキペディア記事『歯車』、参考時の記事のリビジョンは2013年8月7日 (水) 11:08の版。 - 『機械実用便覧』は用語の確認などに使用。 - 『機械設計2』は高校での教育範囲の確認および、最新の規格の確認に使用した。
null	null	高等学校工業機械設計/機械要素と装置/管路工場や業務用の設備などで流体機器を扱う際は、高圧を取り扱い事が多い。なので、取り扱いの際には、厳重に注意を怠らないようにする必要である。管筒状で、内部に流体を通し、送るためのものを管（「かん」）という。工業では「かん」と呼ぶのが一般だが、「くだ」と呼ぶ場合もある。パイプ（pipe）またはチューブ（tube）と呼ぶ場合もある。電気ケーブルなどの流体以外のものを通す筒も、管やパイプなどと呼ばれる場合もあるが、本章では、流体用の配管に限定して話を進める。実務では、管の径の寸法を言う時、それが内径なのか外径なのかは業界ごとに異なる。なので、実務では、特に異業種などとのやりとりをする場合など、安全のために、書類では寸法値が内径なのか外径なのかを明示するのが望ましい。インチ規格とメートル規格管や管継手などの、径などの規格は、国や業界によってインチ規格かメートル規格かが異なる。業界によってはメートル規格とインチ規格の両規格が混在する場合もある。工具の取り扱いでは、軸継手などの取り付けでスパナなどの工具を用いる場合がある。モンキーレンチなどの幅を調整できる工具も存在するが、なるべく管継手の規格にあったスパナを用いるのが安全である。配管の径で「二分」（にぶ）、「三部」（さんぶ）、「四分」（よんぶ）、「六分」などという場合がある。「二分」は8分の2インチのことであり、メートル系に換算すると約6.35ミリである。「三部」は8分の3インチのことであり、約9.52ミリである。１インチは約25.4mmである。業界によってはパイプとチューブの規格を区別する場合がある。ともかく、配管関係の規格には、各国の規格や各業界規格の、様々な規格が混在するので、実務の際には勤務先業界の規格を確認のこと。バルブバルブの上流側を1次側といい、バルブの下流側を2次側という。1次側と2次側は逆転使用は不可なのが一般である。 - ボールバルブ弁体がボールであり、そのボールに、穴が１つ貫通しており、そのボールをハンドルで90°回転することで開閉を行うバルブ。ハンドルはレバーハンドルなど。流量調節は可能であり、ボールの回転角度で流量を調節する方式。ボールバルブでの、細かな流量調整は苦手であり、バタフライ弁やニードル弁よりも劣る。開にしたときは、流路は円形になり、一般の管と同じようになるので、バルブ開の状態での流体抵抗が小さい。バタフライバルブよりも弁の強度を高めやす、高圧力に耐えやすい。弁軸がバルブ外壁を貫通している構造なので、グランドパッキンなどで、貫通部の軸封をしている。そのため気密はベローズ方式よりも劣り、流体が気体の場合などでは、ボールバルブなどの弁軸が外壁を貫通する構造のバルブは漏れをしやすい。 - ベローズバルブ弁体を押し付けて、バルブ内の流路に栓をして流れを止めるバルブ。グローブ弁の一種で、蛇腹によって、弁を押し付ける方式。ハンドル軸が流路に接触しないので、軸封のグランドパッキンを用いる必要がなく、他の方式より気密をしやすいので、高い気密を要するバルブで用いることが多い。流量の調整には向かない。 - ダイアフラムバルブレバーを操作したとき、ダイアフラムが変形する構造になっており、その変形したダイアフラム部分で、栓を行う方式。気密をしやすい。流量の調整には向かない。 - バタフライバルブ弁体が円板。この円板がハンドルに付いた弁棒とともに回転し流れの開閉および流量を調整するバルブ。 - ストップバルブ別名はグローブバルブ（Glove Valve）。弁棒を回転させることで、弁棒の先端に付けられた弁体が弁座へと降りて行き、栓をする方式のバルブ。締め付け過ぎると、弁体を損傷する恐れがある。ボールバルブと違い、ハンドルを一定の回転角度までで留める機構は付いてないのが一般である。弁棒が外壁を通過する構造なので、パッキンなどによる軸封を行っている。 - ニードル弁（Needle Valve）弁体が細長い円錐状のもの。ハンドルの回転によって、この流路の幅を調節する仕組みであり、流量調整に用いられることが多い。流れの遮断、締め切りには向かない。 - チェック弁下流側からの背圧によって弁が締まり、逆流を防止する弁。バルブと管の接続管との接続は、フランジ接続や、管用ねじ接続など。溶接の場合もある。一般には、修理や点検などのメンテナンスの都合から、取り外し可能なフランジ接続やねじ接続でバルブを接続することが多い。いずれの場合も、シール面は保護しなければならない。シール面に傷がつくと漏れの原因になる。フランジの場合、接続時はOリングなどで密封をするのが一般である。ねじ式接続の場合、接続時は、ガスケットやOリングによって保護をするのが一般である。金属ガスケットで密封する方式の場合、一般に金属ガスケットは、塑性変形で密封をする原理なので、取り外すたびに新品に交換して再利用はしないのが通常である。ねじ式接続の場合、管側の管継ぎ手の種類は、バルブ側のねじの製品仕様に適合した管継ぎ手を用いること。仕様外のねじを用いた場合は、一般にメーカーの保証外である。仕様外の管継ぎ手でも、大きさが似ていると取り付けられてしまう場合があるので、注意が必要である。業務などで、バルブの開閉で流量や圧力を調整する場合、目分量ではなく、管路に組み込まれた流量計や圧力計などの計器などを用いて確認することがある。そのため、設計者などは、これら測定機器についても学習する必要がある。また、このようなバルブ調節時の流量確認・圧力確認などの確認作業の都合から、計器の配置場所は、一般的に調節バルブの付近に置くことになる。バルブについては、種類が多く、規格化もしきれていないので、実務の際は、製品メーカのカタログで仕様を確認すること。用途に応じて適したバルブの種類や構造も変わるので、製品カタログなどで仕様の確認をする必要がある。たとえば流体の種類も、液体だけでも、一般の水道水用のものから、腐食性液体などさまざまである。腐食性の高い液体では、材質は耐腐食性の高いステンレス鋼などを用いる必要がある。温度の種類も、高温で持ちるのか、常温で用いるのか、凍結もありうる低温で用いるのかなどさまざまである。高温の場合では、Oリングなど樹脂部品の仕様に制約がある。軸封用の油の使用の有無も、用途によっては注意する場合がある。たとえば半導体などの精密電子機器製造ライン用のバルブでは、油を用いて軸封を行っている方式のバルブは、油の混入を製品不良の発生原因として嫌うことから不適である。ともかく、このように、業界や用途によって、バルブの構造に制約があるので、必ず製品カタログなどで仕様の確認をする必要がある。空圧弁や電磁弁おもに手動で開閉を行うマニュアルバルブを前提にして解説をしたが、空圧などで開閉を行う空圧弁や、電気ソレノイドで開閉をする電磁弁も存在する。これら空圧弁や電磁弁についても、ボールバルブやベローズバルブ、ニードルバルブなどを内部に搭載した機器が存在する。空圧機器などについての高校教育は、科目「原動機」で扱われる。実務の際は、製造メーカの製品カタログを確認のこと。空圧弁や電磁弁の分野は、製造メーカごとに様々なバルブがあり、規格化をしきれない分野である。管継手単に継手という場合もある。他の分野の継手と区別する場合、管継手などという。材質は、鋼管や銅管など金属製のものから、テフロンや塩化ビニルなどのプラスチック製のものなどさまざまである。本書の説明では、特に断りのない限りは、鋼管を例に説明してるものとする。フランジ管継手フランジどうしが接触するシール面にはOリングなどを入れるための溝がある場合がある。シール面にキズ等はつけないように注意する必要がある。傷は、漏れの原因になるので、厳禁である。フランジの取り付け方法には、溶接式、ねじ込み式などがある。 - ねじ込み式フランジ修理などの際の、取り外しがしやすい。ねじの隙間から漏れをする可能性がある。ねじ込み式管継手管の外側あるいは内側に、ねじが彫られている継ぎ手。取り外しがしやすいので、修理や点検の必要がある箇所などに用いられることが多い。継ぎ手を取り付ける先の、継ぎ手がメス継ぎ手なら、取り付け先のオス側の管にもねじ溝が必要である。継ぎ手がオス継ぎ手の場合も、同様に、取付け先のメス配管にねじ溝が必要になる。説明の簡略化のため、継ぎ手がメス側として話を進める。取り付け先のねじ溝の設け方には、専用のねじ彫り機で管にねじ溝を付ける方式と、すでにねじ溝のついたオス継ぎ手を溶接作業などで取り付ける方式がある。管径の大きなものや厚さの大きいものなどは、管にねじ彫りが可能だが、管径の小さい場合などは、ねじ彫りが不可能な場合があり、その場合は、すでにねじが切られた継ぎ手を溶接する必要がある。いずれにせよ、管にねじ溝を彫るにせよ、管に管継手取付用の継手を溶接をするにせよ、いずれとも作業が必要になる。ねじ彫り機を用いる方式の場合、ねじ彫りの際に、加工くずが出るので、それらは除去しなければならないし、製品に傷を付けないように注意しなければならない。用途によっては、加工後、ねじ溝にシールテープを巻き、気密性を上げることがある。継ぎ手の種類によっては、シール面をガスケットなどで保護をする場合がある。一般に、どの種類のねじ継ぎ手もシール面に傷がつくと漏れの原因になる。金属ガスケットでシール面の保護および密封をする方式の場合、一般に金属ガスケットは、塑性変形で密封をする原理なので、取り外すたびに新品に交換し、再利用はしないのが通常である。配管の溶接配管の種類によっては、管継手を配管に接続する際に溶接が必要になる場合がある。たとえば、管径が小さい場合には、フランジ方式などの、溶接以外の方式の取り付け方法が困難な場合がある。管継手を溶接して配管に接続する場合は、溶接隙間からの漏れを無くすため、全周溶接で溶接する。管路の溶接ではスポット溶接は行わない。全周溶接の際は、管の外側を全周溶接する外周溶接と、管の内側を全周溶接する内周溶接がある。外周溶接の場合、管の内側に隙間が残ることがある。用途によって、内周溶接と外周溶接のうち、どちらが望ましいかは異なる。管継手の管路の種類ねじ込み式のものや、差し込み式のものなど様々である。 - クロス４つの管を十字に接続する継ぎ手。 - ティー 3つの管をT字状に接続する継手。ティーズやチーズともいう。 - エルボ 2つの管を90°の直角方向に接続する継手。特に角度指定が無い限り、90°の曲げのものが一般であるが、45°エルボなどのように角度を指定した90°以外のものもある。 - ニップルまっすぐであり、両端におねじが彫ってある。 - レデューサ直径の異なる管を接続するための継ぎ手。異径ソケットでもある。 - プラグ栓状の形状で、管継手に栓をする部品。調整機器 - レギュレータガスボンベやコンプレッサーなどから送り出される圧力は、一般に高圧であり、そのままでは使用に適さない場合が多い。特にボンベからの圧力は非常に高圧である。ボンベの場合は、使用時はボンベ専用のレギュレータで必ず減圧してガスを流す必要がある。ボンベ用以外のレギュレータを、ボンベからの直接の減圧には使用してはならない。単に「レギュレータ」とだけいった場合は、レギュレータにはボンベ用以外の物も存在するので、間違えないように注意が必要である。ボンベは高圧のため、非常に危険であり、取り扱いには、注意が必要である。他にも、ボンベの取り扱い上の注意点はある。ボンベの詳しい取り扱いは、本科目の範囲を超えるので、詳しくは専門書や勤務先などの指導を参考のこと。ボンベに限らず、コンプレッサーやポンプなどから吐出される流体も高圧であり、非常に危険であるので、取り扱いには注意が必要である。工場や業務用の設備などで流体機器を扱う際は、高圧を取り扱い事が多いので、取り扱いの際には、注意が必要である。
null	null	高等学校工業機械設計/機械要素と装置/軸軸要素軸機械工学でいう軸（shaftあるいはaxis）とは、機械の回転物の中心となり支える棒状の部品である。用途としては、原動機からのトルクや力を伝達する用途の伝動軸と、車輪などをつけて車両の車軸（axle）にする用途がある。また、このような軸を伝動軸（transmission shaft）と言ったりトランスミッションと言ったりする。軸には、軸に歯車や車輪などの部品を取り付けるための締結部品として、キー（key）という、「くさび」のような差し込み部分が必要。このキーによって、歯車などを軸に固定する。軸および固定物にキーを差し込むためのキー溝（keyway）をあらかじめ掘り、その溝にキーを入れることで固定する。キーの入れ方はたとえば、ハンマなどでキーを叩き、打ち込んで圧入する方法がある。このような、圧入するキーのはめ方を、圧力ばめ（press fit）という。キーの詳細は、キーの節で後述する。このような用途から、軸には様々な荷重や応力がかかるので、設計者は、その荷重や応力に耐えうる設計をしなければならない。軸に掛かる応力には様々なものがあり、材料力学で習うような全ての応力（曲げ応力、ねじり応力、引張り応力、圧縮応力など）がかかると思っても、とくに問題はない。トルク伝達用の伝動軸には、用途から当然に、ねじり応力がかかる。車軸には、車両は一般に重量物を運搬するために用いるのだから、重量物の重さによる曲げ応力が当然にかかるだろう。また、機械の軸は、一般に、回転を何回も繰り返して使うことが多いので、疲労や摩耗に対しても考慮が必要である。キーをつけてることから、応力集中が、その部分にかかる。それに耐えうる強度が必要である。また、軸のたわみを考慮する必要がある。通常は、軸は、けっして容易にたわんではいけない。軸は長いことから、たわみをしやすい。また、回転物の遠心力が加わるので、それによってもたわみをしやすくなる。だから、そのようなたわみを防がなければならない。このように、設計者は、軸にかかる応力を考察する必要がある。 - 回転速度機械工学では、軸の回転速度の単位には、1分間あたりの回転数を意味するrpmで表すことが多い。rpmは“round per minute”の略。なお、1秒間あたりの回転数はrps（round per second）で表す。 - 危険速度回転軸の回転数がある速度になったとき、遠心力などと共振状態になり、共振のため大きな、たわみや振幅を発生する。この共振状態の時の回転数を危険速度（critical speed）という。この大きな振動により装置を破壊することがある。なので、安全のため、使用時には、危険速度の付近の回転数での使用を避けなければならない。軸の標準寸法軸の直径は互換性のためにJIS B 0901で規格化がされており、なるべく標準化のために、このJIS規格の数値に従うのが望ましい。形状 - 真直軸真直軸は一般的に使われる、軸心が真っ直ぐな軸。 - クランク軸クランク軸crank shaftは往復運動を回転運動に変換したり、あるいは回転運動を往復運動に変換する変換用の軸。 - たわみ軸たわみ軸（flexible shaft）は、伝動軸にたわみ性を持たせ、用途としては、軸の方向を少し変えたり、または衝撃を緩和させる軸である。コイル形たわみ軸は、鋼線などの金属製の芯線を，コイル状に巻き、その上に反対向きに２層目を巻き、同様に三層目を二層目と逆向きに巻き、・・・というように、順次、逆巻きに巻いていった、たわみ軸である。キーの種類や規格キーの種類には，沈みキー・接線キー・半月キーなどがある。沈みキーには、こう配キー・平行キーがある。 - こう配キー（taper key）勾配（こうばい）は1/100（百分の一）が一般的である。細い側を締結部品に差し込み打ち込む。 - 平行キー（paraleel key）勾配のついていないキー。 - 半月キー（woodruff key）テーパ軸によく用いられるキーであり、半円の形をしている。軸には、半円型のキー溝を彫る。短所として、軸のキー溝が深いので、軸強度が低下する。 - キーにかかる応力キーは、伝達トルクによって、せん断力や圧縮応力を受ける。だから、このせん断応力などに耐える強度がキーには必要である。しかし、キーだけを大きくすれば、けっして製品全体が安全というわけでは無く、キーを大きして強くすると、その分だけ軸溝が大きくなるので、軸が弱くなる。キーの大きさと軸の大きさとの間には、強度のジレンマがあるので、一般には、次に解説するJISの規格値を、寸法値として採用することが多い。 - キーの規格キーの寸法値が、軸寸法ごとに規格化されてるので、実務でキー寸法を決定する際では、規格値を採用することが多い。キーなども強度を考慮した設計が必要である。 JIS規格では、キーとキー溝の寸法がJIS B 1301で規格化されている。規格では、キーの強度と軸の強度との両方の強度を考慮した寸法値が採用されている。キーと軸との強度のジレンマがあるので、一般にJISの規格値を採用することが多い。 JIS規格により、キーの引張り強度は、600N/mm2以上でなければならない。（キー材にはS45CやS55Cなどが用いられることが多い。） - キーのはめ方 - 圧力ばめ圧力ばめ（press fit）とは、穴径よりも軸径を少し大きくし、軸を圧入する． - 焼きばめ焼きばめ（shrink fit）とは、穴部を加熱し、加熱膨張により穴を膨張させ、その穴に部品を挿入する。冷めて常温に戻れば、穴が収縮して、締結する方法。キーの強度計算キーの寸法を以下のようにした場合、 - 軸径 d[mm] - キー幅 b[mm] - 軸方向のキー長さ L[mm] - キーの高さ h[mm] キー溝にかかるせん断応力は、せん断応力をτ[MPa]とすると、せん断荷重Ws[N] との関係は - [N] となる。軸のトルクTは - [N・mm] したがって、せん断応力τとトルクTとは、次の関係がある。 - [MPa] となる。 - キー溝にかかる面圧キーの軸に埋まってる深さは、キーが半分だけ埋まってると近似する。つまり、溝の深さは h/2であると仮定する。なので、圧縮応力は、この埋まってる部分にかかると考える。 - 圧縮荷重 - [N] - [MPa] 軸の強度計算 - ねじりだけかかる場合 - 中実軸の場合中実の円柱の極断面係数Zpは、であり、またトルクTとせん断応力\tauと極断面係数Zpとの関係式がであることから、代入すれば、せん断応力τは - 中空軸の場合中空軸の場合の極断面係数Zp は、外径をd2[mm]とし、内径をd1[mm]とした場合に、極断面係数Zp[mm3]は、なので、τについて移項して、式T=τ*Zpに、先ほど求めたZpを代入すれば、 - 伝達動力伝達動力P[W]は、回転数をn[rpm]とし、トルクをT[N・mm]とすると、伝達動力Pと回転数mとトルクTとの関係式は次のようになる。あるいは移項して、トルクTについて式をまとめれば、 - 曲げだけかかる場合 - 中実軸の場合円柱の断面２次係数Z[mm3]は、直径をd[mm]とすれば、また、曲げモーメントM[N・mm]と、曲げによる応力σ[MPa]と断面２次係数Zとの関係式は、これより応力σは - 中空軸の場合中空軸の場合の断面係数Z は、外径をd2[mm]とし、内径をd1[mm]とした場合に、断面係数Z[mm3]は、なので、σについて移項して、式M = σZに、先ほど求めたZを代入すれば、スプラインスプライン（spline）は、軸の周りに、キーに相当する歯を、等間隔で、多数、軸を直接加工して削りだした軸である。多くの歯で荷重を受けるため、キーよりも大きな荷重に耐えられキー軸よりも伝達動力が大きい。スプライン軸（spline shaft）ともいう。ハブの側に、はまり合う溝を切って作っておく。スプラインの特徴として、軸方向に移動する事もできる。スプラインには、角形スプラインとインボリュートスプラインとがある。スプラインの歯の側面が平行な直線であるものを、角形スプライン（parallel Spline、あるいはstraight-sided spline）という。スプラインの歯型が、インボリュート歯型であり、歯の側面の曲線がインボリュート曲線であるスプラインを、インボリュートスプライン（involute spline）という。インボリュート曲線とは、特に断りがない限り、機械工学では、一般に、固定された円柱に巻きついた糸を、円柱自体は回転させずに真っ直ぐに張って、ほどいた時の糸の端点が描く軌跡の曲線のことである。円の伸開線ともいう。幾何学では、円や円柱以外に巻きつけた曲線をほどく場合の伸開線も考察する場合があり、その場合もインボリュートということがあるが、機械工学では特に断らない限り、円の伸開線に限定する。円の伸開線の式を書けば、x-y直交座標系で、媒介変数表示で書くならば、 aを円柱の外径としてθを媒介変数とすれば、式はとなる。規格 - JIS B 1601で、角形スプラインについて規定している。 - JIS B 1603で、インボリュートスプラインについて規定している。セレーション軸の周りに、山形の歯を等間隔に削りだしたものセレーション（serration）という。動力伝達用に用いるのが一般である。一般に、セレーションの歯形は、スプラインよりも歯形が小さく、歯の高さが小さい。またセレーションはスプラインよりも歯数が多くなる。歯の形の種類は、三角歯セレーションとインボリュートセレーション（involute serration）とがある。セレーションは、一般に軸方向には活動させず固定位置で使われる事が多い。
null	null	高等学校工業機械設計/機械要素と装置/軸受 - 軸受回転軸を支える部分を、軸受（じくうけ；bearing）と言う。軸受の役目は軸を滑らかに回転させる役割と、軸に加わる荷重を支える役目がある。潤滑剤軸受には、潤滑油（lubricant oil）あるいは半固形状のグリース（grease）などの潤滑剤（lubricant）を用いて潤滑（lubrication）をするのが一般的。潤滑剤を加える目的は、軸と軸受が直接、接触して回転すると、摩擦による摩耗や損傷や焼付けがおこるので、潤滑剤による油膜により、転がり面と滑り面との間に薄い油膜を形成し、直接接触を防ぐため。潤滑により、転動体および軌道面の磨耗や摩擦を減少させ、焼き付きを防止する。潤滑剤は、滑り軸受、転がり軸受けともに潤滑剤を用いるのが一般である。軸受の分類 - 滑り軸受滑り軸受（sliding bearing）とは軸と軸受の間に潤滑油を介して、荷重を支える軸受。油膜により軸の回転を荷重を支える。 - 転がり軸受転がり軸受（rolling bearing）とは、軸受と軸との間に入れられた、玉やころなどの転動体を介した転がり接触で、軸を支持をする軸受。転動体により軸の荷重を支える。荷重の方向による分類軸受を、軸に加わる荷重の方向から分類すると、ラジアル軸受（radial bearing）とスラスト軸受（thrust bearing）に分けられる。 - ラジアル軸受ラジアル軸受（radial bearing）は，荷重の方向が軸の半径方向の場合に用いられる軸受。“radial”とは「放射状」という意味があり、そこから半径方向という意味も持つ。半径方向の荷重のことをラジアル荷重という。 - スラスト軸受スラスト軸受（thrust bearing）は、荷重が軸方向の場合に用いられる軸受。“thrust”とは「押す」とか「突っ込む」とかの意味。軸方向の荷重のことをスラスト荷重（thrust load）という。軸方向の荷重のことをアキシャル荷重（axial load）という場合もある。滑り軸受 - 軸受メタル接触面が摩耗したときに交換する部品を少なくするため、軸受メタル（bearing metal）という部品を用いる。軸受メタルだけを交換すればいいようにしている。材質には、ホワイトメタル（white metal）やケルメット（kelmet）がある。ホワイトメタルは錫（すず）を基とした合金と、鉛を基とした合金がある。ケルメットは銅に20～40％の鉛を加えた合金。面で荷重を受けるので、エンジン等の爆発衝撃荷重に強い。油膜で軸が浮いている状態で使用する為、高速の回転に耐え得る。軸受メタルのみでは強度的に不十分であるため、通常は、裏金（back metal）として鋼などを用いた二層以上の構造とすることがある。 - 軸受圧力荷重をW、軸受幅をL（長さは軸方向）、ジャーナルの直径をDとすると、荷重Wをジャーナルの投影面積LDで除算した値 W/LD を軸受圧力（bearing pressure）といい、滑り軸受が受ける荷重の平均である。軸受圧力の記号はPで表わされることが多い。次の式で表される。転がり軸受転がり軸受の構造は、一般に内輪（inner ring）と外輪（outer ring）からなる軌道輪（bearing ring）、玉（ball）または円柱状のころ（roller）といった転動体（rolling element）、および保持器（cage）から構成される。保持器は、転動体どうしが、ぶつからないようにする。 - 玉軸受の断面 - 保持器付きの玉軸受 - ころ軸受 - 長所 - ころがり摩擦であるから，摩擦係数が小さく，したがって動力の損失も小さい。 - 短所 - 点接触あるいは線接触で荷重を受けるので，大荷重には向かない。また、衝撃荷重にも弱い。 - 騒音や振動を生じやすい。 - その他の特徴 - 軸受の外径に関しては、装置に転動体が含まれるため、滑り軸受より軸受の外径が大きくなりやすい。玉軸受 - 深溝玉軸受深溝玉軸受（deep groove radial bearing） - 自動調心玉軸受自動調心玉軸受（self-aligning ball bearing）は、外側の軌道面が球面である。そのため、ある程度なら軸心が狂っても軸が傾いても、自動的に調整される。 - アンギュラ玉軸受アンギュラ玉軸受（angular bearing）は、玉と内輪・外輪との接触点を結ぶ直線が，あ半径方向を基準とした場合、ある角度（接触角、contact angle）を持っている。接触角には、15°、30°、40°などがある。 - 保持器付きの深溝玉軸受 - 自動調心玉軸受接触角が大きくなるほど軸方向のアキシアル荷重への負荷能力が大きくなるが、高速回転には不利になる。逆に、接触角が小さいほど、高速回転に有利になるが、軸方向のアキシアル荷重の負荷能力は低下する。ころ軸受ころ軸受（roller bearing）は、転動体として円柱状のころ、あるいは円錐の底部の円錐台のような先端の細まったころを、転動体として使う。単に「ころ軸受」といった場合、円筒ころ軸受のことを指す場合もある。 - 円錐ころ軸受の断面 - 針軸受 - スラスト玉軸受 - 円筒ころ軸受円筒ころ軸受（cylindrical roller bearin）は、円筒状のころと軌道とが線接触をしている軸受。玉軸受は点接触だが、円筒ころ軸受は線接触なので、玉軸受と比較すると円筒ころ軸受のほうが、荷重の負荷能力が大きい。 - 円すいころ軸受円すいころ軸受（tapered roller bearing）は、円錐形から先端の突起を除いた部分の円錐台のような、テーパをもった棒状の形のころを持つ。内輪・外輪の軌道面および転動体の円すい頂点が、軸受の中心線上の一点に集まり交わるように設計された軸受。ラジアル荷重もスラスト荷重も支持できる。ラジアル荷重が作用するときに軸方向の分力も生じる。分力を打ち消すため、軸受を2個、逆向きに用いて打ち消しあう事がある。 - 針状ころ軸受針状ころ軸受（needle roller bearing）は、多数の細長い円柱を、ころとして使う。転動体が細いため、軸受の外径は他の軸受よりも小さい。また、軸受の幅が長い。ニードル軸受とも言う。 - スラスト玉軸受軸受の寿命 - 定格寿命軸受が損傷するまでの総回転数あるいは総運転時間数を、軸受の寿命（life）という。総運転時間は、一定の回転速度での時間で換算する。同一種類の複数の軸受を、同じ条件で回転させたとき、90%の軸受が損傷を起こさずに回転できる総回転数の寿命を、定格寿命（rating life）あるいは基本定格寿命という。定格寿命L10の単位は、計算の都合上、106回転（100万回転）の単位で表す場合がある。数式記号は一般にL10で表す。 - 基本動定格荷重基本定格寿命が100万回転になるような荷重C [N]を基本動定格荷重（basic dynamic load rating）という。数式記号は一般にCで表す。Cの単位はニュートンNである。 33.3rpmで回転させると、100万回転は500時間の運転になる。寿命計算で時間換算する際、この500時間が、計算の基準になることがある。 - 基本静定格荷重軸受は静止したままでも荷重を受ける。荷重や応力が大きいと、転動体や軌道面に永久変形を生じてしまう。この永久変形のために、回転調子が不具合となる。なので、許容しうる静止荷重の基準を定め、変形が直径の0.0001倍（分数で表示すれば、1万分の1）になる荷重C0 [N]を基本静定格荷重（basic static load rating）として定めている。 - 定格寿命基本動定格荷重C[N]に対し、軸受に荷重W[N]が加わるとき定格寿命L10（単位は10^6回転）は次の式で表される。 - 玉軸受ではγ=3ｎ - ころ軸受ではγ=10/3 つまり、 - 玉軸受の定格寿命 - ころ軸受の定格寿命 - 速度係数あるいは γは、式L10=(C/P)^γで用いた指数γ。 - 寿命係数 Lhは、寿命時間[h]。 γは、式L10=(C/P)^γの指数γ。 - 荷重係数軸受の寿命計算での荷重の評価は、実際の使用時に機械に振動や衝撃が加わる場合は、衝撃などにより大きな荷重が加わるので、荷重に補正係数として荷重係数fwを掛けて修正して寿命計算式に代入する必要がある。 fwの値の例 - 衝撃のない回転機械：1.0～1.2 - 内燃機など軽い衝撃のある機械：1.2～1.5 - 圧延機や建設機械など強い衝撃のある機械：1.5～3.0 - dn値保持器と転動体とのすべり摩擦による焼付きを防ぐ潤滑上のため、回転数には制約が生じる。軸受の径d[mm]と、回転速度n[rpm]との積dnの値を、速度限界の評価に使うので、dn値（dn value）と呼ばれる。
null	null	高等学校工業機械設計/機械要素と装置/軸継手軸継手回転機械では、駆動軸と従動軸を連結する場合など、軸と軸を連結する場合がある。このような軸の連結方法で、溶接などとは違い、修理などの際には、必要に応じて結合が解ける方法で、機械的に軸と軸とを接続する機械要素を軸継手（couplingあるいはshaft coupling）という。このうち、修理などの際を除いて、通常時は軸同士の連結を解かない軸継手を永久軸継手という。単に「軸継手」と言った場合、この永久軸継手のことを指すことが多い。また、永久軸継手と違い、必要に応じて軸と軸との間の連結を断続する機構を持った装置をクラッチという。 - 固定軸継手（rigid shaft coupling）弾性部分などはなく、したがって、2軸の軸線を完全に一致させて固定する必要があり、運転中もその軸線の一致状態が維持される必要のある軸継手のこと。二軸が締結されるので、回転速度のずれは無い。 - フランジ形固定軸継手（rigid flanged shaft coupling）二軸の両端に、フランジをキー止めにより取り付け、この二軸のフランジどうしをボルトで締結する。たわみ継手とは違い、たわみなど弾性変形の機構は無いので、軸線の心出しを確実にする必要がある。規格はJIS B 1451。 - たわみ軸継手（flexible shaft coupling）２軸の軸線に、わずかの違いが生じても許容できる軸継手。大まかな原理として、一例はゴムなどの弾性部分を持つことで、軸線の違いを吸収する方法と、別の例として、歯車などのすき間で軸線の違いを吸収しながら、歯によって回転を伝える方法がある。 - フランジ形たわみ軸継手（flexible flanged shaft coupling）フランジ形軸継手の、一方の側のフランジのボルト穴に、ゴム性などの弾性に富んだブシュをはめた軸継手。軸心の違いはブシュの弾性変形で吸収する。規格はJIS B 1452。 - 歯車形軸継手（geared type shaft coupling）この継手は、内筒と外筒との二層構造になっている。そして、内筒には外歯車が付く。外筒には内歯車が付く。この内筒の外歯車と外筒の内歯車とが、かみ合う。歯車のすき間で軸線の違いを吸収する。二軸の外筒どうしは、ボルトで締結できるようにフランジ構造になっている。規格はJIS B 1453。 - 自在継手（universal joint）クラッチクラッチ（clutch）とは、原動軸で発生した回転力を従動軸に伝えるために、必要に応じて原動軸と従動軸とを連結し、必要に応じて原動軸と従動軸との切り離しができる機械要素である。一般的には機械的な接触によるものが多いが、電磁気を利用した電磁クラッチや、流体の粘性を利用した流体クラッチもある。かみあいクラッチかみあいクラッチ（positive clutch）は、原動軸と従動軸の両軸に、それぞれに互いに噛み合う爪（つめ）がついたフランジをとりつけ、軸が軸方向に移動でき、つめを噛みあわせて連結することで、原動軸からの動力を従動軸に伝達する形式のクラッチ。連結は、停止中か低速回転時のみしか行えない。運転中にかみあわせると、大きな衝撃荷重がかかり、騒音や損傷の原因になる。 - （※ 範囲外）もしツメが十数個ほどあっても、精度の誤差などの理由により、よほど精度が良くない限り、実際にかみ合って力学的な役割をするツメはせいぜい2～3個ほどである[1]といわれる。また、せいぜい最大24個ていどのツメに設計するのが慣習[2]である。摩擦クラッチ円板クラッチを例に、摩擦クラッチの原理を説明する。摩擦クラッチ（friction clutch）とは、両方の軸の端に、摩擦に耐えうるディスク円盤などをとりつけ、このディスク円盤を軸方向に押し付けて、接触面に生じる摩擦力で動力を伝達するクラッチである。摩擦面どうしの着脱が回転を止めること無く可能なので、伝達の断続が回転を止めることなく可能である。摩擦により摩擦面は磨耗する。また、摩擦熱により焼損しやすい。したがって、摩擦面の材料には求められる特性として、熱に耐えうる耐熱性や、摩耗に耐えうる耐摩耗性の高い素材が使われる。 - 円板クラッチ円板クラッチ（disc clutch）とは、接触面が円盤状のクラッチ。使う円盤の数によって、接触面がひとつの単板式（single disc clutch）と、接触面が多数の多板式（multi disc clutch）とがある。 - 乾式と湿式摩擦クラッチには、潤滑油を使う場合もあれば、使わない場合もある。摩擦クラッチが空気中の乾いた状況で用いられる場合を、乾式クラッチ（dry clutch）、あるいは乾式という。クラッチがオイルなどの液体中にある場合を、湿式クラッチ（wet clutch）、あるいは湿式という。 - (※ 範囲外: ) 摩擦係数の表 ※ 右にクラッチにおける摩擦係数と許容接触面圧の表を示す。表中の値は、主に参考文献によった[11][12]。文献によって、数値が微妙に違う。また、木材クラッチは文献によって数値のバラツキが大きく、よって本wikiの表では不明瞭とした。なお潤滑でも、グリースか油かによって、摩擦係数が違う。詳しくは文献『機械設計法第3版』（森北出版株式会社）などを参照せよ。なお、もし接触面が金属どうしなら、潤滑のある（つまり湿式な）場合の摩擦係数は、乾式の場合の摩擦係数のおよそ3分の1ていどである。（これは工業高校の教科書に書いてある。）たしかに、右の表も、おおむね、その程度の数字になっている。なお、暗黙の前提として、潤滑によって摩擦係数が減じる（潤滑の単元でも、そう習っているハズ）。鋳鉄と青銅の摩擦係数は、鋳鉄と鋳鉄の摩擦係数とほぼ同じであると考えられている。（文献によっては、値を共通にしているものもある[13]。）参考文献 - ^ 塚田忠夫、『機械設計法第3版』、森北出版株式会社、2015年6月11日第3版第1刷発行、153ページ - ^ 塚田忠夫、『機械設計法第3版』、森北出版株式会社、2015年6月11日第3版第1刷発行、153ページ - ^ 塚田忠夫、『機械設計法第3版』、森北出版株式会社、2015年6月11日第3版第1刷発行、153ページ - ^ 中島尚正ほか著『機械設計学』、朝倉書店、1998年12月10日初版第1刷発行、142ページ - ^ 塚田忠夫、『機械設計法第3版』、森北出版株式会社、2015年6月11日第3版第1刷発行、154ページ - ^ 大西清『機械設計入門』、オーム社、平成28年（2016年） 6月10日第4版第2刷、66ページ - ^ 中島尚正ほか著『機械設計学』、朝倉書店、1998年12月10日初版第1刷発行、142ページ - ^ 中島尚正ほか著『機械設計学』、朝倉書店、1998年12月10日初版第1刷発行、142ページ - ^ 大西清『機械設計入門』、オーム社、平成28年（2016年） 6月10日第4版第2刷、66ページ - ^ 塚田忠夫、『機械設計法第3版』、森北出版株式会社、2015年6月11日第3版第1刷発行、154ページ - ^ 中島尚正ほか著『機械設計学』、朝倉書店、1998年12月10日初版第1刷発行、142ページ - ^ 塚田忠夫、『機械設計法第3版』、森北出版株式会社、2015年6月11日第3版第1刷発行、154ページ - ^ 大西清『機械設計入門』、オーム社、平成28年（2016年） 6月10日第4版第2刷、66ページ
null	null	加筆・訂正を行ってくれる協力者をお待ちしています。この内容は暫定的な物です。指導要領では次のように教育内容を定めてます。章や節のページ名の命名での混乱を回避するため、各項目のページ名は、指導要領の表現に準拠した名称に統一したいと思います。目次 - 測量の基礎 - 測量の概要 - 距離の測量 - 角の測量 - 平面の測量 - 骨組測量 - 細部測量 - 面積の計算 - 高低の測量 - レベルによる高低の測量 - 縦横断測量 - 体積や土量の計算 - 地形図 - 地形測量の目的と順序 - 等高線と測定法 - 地形図の作成と利用 - 写真測量 - 写真測量の基礎 - 空中写真の性質と利用 - 測量技術の応用
null	null	高等学校工業空気調和設備加筆・訂正を行ってくれる協力者をお待ちしています。この内容は暫定的な物です。指導要領では次のように教育内容を定めてます。章や節のページ名の命名での混乱を回避するため、各項目のページ名は、指導要領の表現に準拠した名称に統一したいと思います。空気調和の基礎 - 空気調和の方式 - 冷房・暖房負荷 - 湿り空気の状態空気調和装置 - 空気調和装置の構成 - 中央式・個別式空気調和機 - 空気調和装置の制御 - 空気調和装置の設計換気・排煙装置 - 換気・排煙設備の構成 - 換気・排煙設備の設計直接暖房装置 - 直接暖房装置の構成 - 直接暖房装置と配管の設計空気調和設備の施工 - 機器の据付けと配管工事 - 空気調和設備の試験・検査・保守
null	null	高等学校工業繊維・染色技術 - 繊維製造・染色技術の基礎 - 繊維・染色の歴史 - 繊維産業 - 繊維・染色と生活環境 - 繊維と染色の基礎化学 - 繊維の化学 - 染色の化学 - 繊維と染色の薬剤 - 素材 - 繊維の製造と性質 - 色素材料 - 繊維製造の自動化 - 染色加工 - 精練・漂白 - 浸染 - なせん - 工芸染色 - 仕上げ加工 - 一般仕上げ加工 - 処理加工 - 特殊処理加工 - 染色と仕上げ加工の自動化 - 染色用水と廃水処理 - 表面加工・処理 - 印刷 - 表面処理 - 代替ページ普通科高校の化学IIで、天然繊維や合成繊維や染料について、扱っています。当科目「繊維・染色技術」が完成するまでは、そちらで代用をお願いします。化学IIでの天然繊維の説明は章「糖類とタンパク質」内に説明があります。（2013年9月26日時点で確認。）リンク → 高等学校化学Ⅱ 加筆・訂正を行ってくれる協力者をお待ちしています。この内容は暫定的な物です。指導要領では上記のように教育内容を定めてます。章や節のページ名の命名での混乱を回避するため、各項目のページ名は、指導要領の表現に準拠した名称に統一したいと思います。
null	null	高等学校工業衛生・防災設備加筆・訂正を行ってくれる協力者をお待ちしています。この内容は暫定的な物です。指導要領では次のように教育内容を定めてます。章や節のページ名の命名での混乱を回避するため、各項目のページ名は、指導要領の表現に準拠した名称に統一したいと思います。給水・給湯設備 - 水資源と上水道 - 給水・給湯機器と構成 - 給水・給湯設備と配管機器の設計排水通気設備 - 排水と下水道 - 排水通気設備と配管機器の設計 - 住宅の給排水設備排水処理設備 - 排水浄化の原理と方法 - し尿浄化設備と排水再利用防災設備 - 防火対象物と消防用設備 - 消火設備と配管機器の設計ガス設備と通信設備衛生・防災設備の施工 - 機器の据付けと配管工事 - 衛生・防災設備の試験・検査・保守
null	null	高等学校工業課題研究課題研究とは、専門高校で学んだ知識を活かし、『グループ』で協力し、何を作るのか決め、実際に制作する科目である。課題研究の基本的な流れとしては、何を作るのかを決め、作品の設計を行い、実際に制作して、正しく動作するのかを点検し、最後は研究した内容を発表する流れである。はじめに作品の決定機械電気・情報建築化学・材料デザイン課題研究とは、専門高校で学んだ知識を活かし、『グループ』で協力し、何を作るのか決め、実際に制作する科目である。課題研究の基本的な流れとしては、何を作るのかを決め、作品の設計を行い、実際に制作して、正しく動作するのかを点検し、最後は研究した内容を発表する流れである。
null	null	高等学校工業通信技術加筆・訂正を行ってくれる協力者をお待ちしています。この内容は暫定的な物です。指導要領では次のように教育内容を定めてます。章や節のページ名の命名での混乱を回避するため、各項目のページ名は、指導要領の表現に準拠した名称に統一したいと思います。目次 - 有線通信 - 有線通信システム - データ通信とネットワーク - 光通信 - 無線通信 - 電波とアンテナ - 無線通信システム - 無線機器 - 衛星を利用した通信システム - 画像通信 - 静止画像の通信 - テレビジョン技術 - マルチメディアの通信技術 - 圧縮 - 暗号化 - 通信装置の入出力機器 - 情報のディジタル化技術 - 入出力機器 - 通信に関する法規
null	null	高等学校工業電力技術/水力発電水力発電について水力発電は、1960年代の初期までは主な発電法になっていたが、その後は建設費がやすく、発電量の多い火力発電所での発電が主な発電法になった。現在では、水力発電は全体においての発電の比率は小さいが、運転を調節するのが簡単なため、1日の電力需要のピークを補ったり、夜間に余った電力を用いて、一度発電に使った水をポンプでくみ上げ、電力需要の多い時間帯にその水で発電するなど、電力需要の変化に対応するための重要な発電方法である。また、水力発電は再生可能エネルギーで、二酸化炭素も出さずに、よりクリーンである。水力発電は、高い所から低い所に流れ落ちる時の水の圧力を用いて、水車を回転させて発電する仕組みになっている。水力発電は、『水の位置エネルギー ⇒ 水車の運動エネルギー ⇒ 電気エネルギー』と発電する仕組みである。また、水力発電は以下の様な利点がある。 ① すぐに起動・停止が出来る。 ② 需要の変動にすぐ対応できる。 ③ 耐用年数が長い。 ④ エネルギー変換効率が高い。（発電効率は最高でおよそ90％である。）ただし水力発電には以下のような不利な点もある。 ① 発電量が降水量に左右される ② ダムが周辺環境に影響を与える水力発電の種類 <構造物による分け方> ①ダム式 ②水路式 ③ダム水路式 <発電方式による分け方> ①流れ込み式（自流式） ②調整池式 ③貯水池式 ④揚水式理論水力流水が持つエネルギー流水は、停止した水と違い、位置エネルギーや運動エネルギーの他に、水が流れるための力によるエネルギーをもっている。（未完成）の図において、基準面（流出する高さ）より [m]上の高さにある質量 [kg]の水は、重力加速度 ≒ [m/s²] とすると、基基準面まで水が降下する間に、位置エネルギー [J]分の仕事ができるので、 [J]分の位置エネルギーで仕事がすることが可能である。（未完成）の図のように、静水面の水が基準面まで降下する場合、基準面から高さ、 [m]にある点a、点bにおける流速を、 [m/s] 、圧力を、 [Pa] とし、水管の断面積を、 [m²] とすれば、 [kg] の流水がもっているエネルギーは、以下の表のようになる。ただし、水の密度を [kg/m³]とする。水管を流れる水は、摩擦を除いては外部に仕事をしておらず、エネルギー保存の法則によりA点、B点など、各点でのエネルギーの総和は、最初に持っていたエネルギーに等しく、高さや流速が変化してもエネルギーの大きさは一定となる。これをベルヌーイの定理といい、以下の式のようにあらわされる。 [J] ただし、この場合、扱いにくい場合がある。なので、上にある式をで割って扱うことがある。で割る理由は、[J]を[m]に変換するためであり、以下の式のにすると、[J]を[m]で表せるようになる。 ① なので、[J] ② [J] の式を [m] に変換するため、 [J] 、 [m] なので、[J]の式を[m]で表すには、で割ると変換できる。理論水力の基本について（未編集）の図のように、最終的に放水される場所の水面を基準面とし、基準面から貯水池（ダムなど）の静水面（貯水池の水面）の高さに相当する位置エネルギーから、水路や水圧間などの摩擦によるエネルギーの損失を引いたものが、基準面からに対する有効な位置エネルギーになる。水車の種類水車は水の力を受けて回転するものであり、水のエネルギーを、回転する機械エネルギーに変える働きをする。 ①フランシス水車 ②ペルトン水車 ③プロペラ水車 ④クロスフロー水車
null	null	高等学校工業電子回路/増幅回路の基礎トランジスタやダイオードは、温度が高くなると、抵抗が下がり、さらに電流が流れやすくなる。そして、電流が流れやすくなると、その電流による熱により、さらに温度が上がる。すると、さらに抵抗が下がるので、どんどん電流が流れてしまい、どんどん温度が上がってしまい、ついには、破壊されてしまうという、熱暴走が起きる危険がある。このような熱暴走を起こさないため、さまざまな回路が考えられている。自己バイアス回路自己バイアス回路は、つぎのような仕組みにより、熱暴走をふせいでいる。 - 1) 前提として、なんらかの理由で IC が増加したとする。 - ↓ - 2) すると、RCIC が増加するので、 VCE＝VCC-RCIC により、 VCEが減少する。 - ↓ - 3) VCEが減少したことにより、IBも減る。 - ↓ - 4) ベース電流IBが減ったことにより、コレクタ電流も減るので、IC が減る。という仕組みで、熱暴走をふせぐ。なお、この回路は「電圧帰還バイアス回路」（voltage feedback bias circuit）ともいう。電流帰還バイアス回路 - 1) もしICが増加すると、REの両端の電圧 VREも増加する。 - ↓ - 2) すると、VBEが減少するので（なぜなら VBE＝VB-VREであり、後述するがVBは（ほぼ）一定なので。）、IBが減る。 - ↓ - 3) IBが減れば、トランスジスタ出力側のICも減る。こういう仕組みで、安定化する。ほとんどの回路の場合、I1やI2に比べて、IBは微小である。なので、実用上は、ほとんどの場合、 - I1 ≒ I2 である。おおよそI1が、IBの10倍以上なら、I1 ≒ I2と近似してよい。このことから、電圧VEの大きさは、オームの法則により、ベース電圧がというふうに簡単に求まる。そして、ベース電圧VBが一定値であるという事実が、さきほどの式から分かる。こうして、仕組みの説明（2)で、VBがほぼ一定と見なせる、と言ったことの根拠が、証明された。この回路は、安定性は高いが、抵抗による消費電力が大きいのが欠点である。交流信号の増幅増幅器は、入力信号のオン/オフの切り替えに、反応させやすい回路構造が、望ましい。そして、スイッチなどを、オン/オフの切り替えをすると、電圧波形や電流波形は起伏ができるから、交流っぽい形になっていく。ところで、コンデンサ素子は、交流電流を通す性質がある。なので、コンデンサは、交流信号を通す。ならば、増幅器とコンデンサを組み合わせると、都合がいい。交流信号を増幅するには、図のように、コンデンサを使えばいい。（※ 高校物理で習うように、）コンデンサは、交流電流を通す。ただし、この回路図での交流電源の電圧の大きさは、直流電源の電圧 Vccよりも、小さめにしておく必要がある。直流電圧よりも交流電圧 viを小さめにしておけば、交流電圧の波形の谷のぶぶんの状態でも、つねに - Vcc＋vi＞0 の状態になるので、ベース電圧がつねにプラスなので、ベース電流を流しつづけられる。図のように、REに並列に加えるコンデンサCEをバイパスコンデンサ（by-pass capacitor）という。 CEは、REの電圧変化による、増幅度の低下を防ぐ目的である。なお、C1は、交流電圧だけを通過させて、トランジスタのベースに渡すためのコンデンサである。 C2は、トランジスタ出力のうち、交流電圧の成分だけを通すためのコンデンサである。入力インピーダンス（h_ie） - トランジスタの静特性 (2SC1815) - 入力インピーダンス h_ie の説明。傾きが分かりやすいように、やや大げさにグラフを描いてある。トランジスタの静特性の第3象限のVBE - IB 特性を見てほしい。上式のhieによって、そのトランジスタの入力インピーダンス（input impedance）を定義する。ベースの交流電圧をibとして、ベースエミッタ間に印加される交流信号をvbeとすれば、である。また、この式を電圧についてまとめると、である。電圧増幅率トランジスタ回路の電圧増幅率 Av の定義は、入力電圧をviとして、出力電圧をvoとしたとき、で定義される。さきほどの節で導入した入力インピーダンスを使って入力電圧を書き換えることができる。のことだから、つまり、よってである。入力インピーダンスで書き換えた入力電圧の式を、電圧増幅率の定義式に代入すれば、である。右図2.1のような回路の場合、よって、と求まる。なお電流増幅率 Aiは、定義式はである。つまりである。電力増幅率 APは、定義式はである。つまりである。
null	null	高等学校工業電子回路/演算増幅器逆相増幅回路右図のようにつなぐと、になる。なぜならば、以下の理由による。まず逆相増幅回路では、オペアンプの（プラス記号のある）プラス側入力端子は、設置されているため0Vである。この回路では、接地されているオペアンプのプラス側入力端子だけが0Vでなく、オペアンプのマイナス側入力端子もほぼ0Vである。その理由は、以下のとおり。まず、オペアンプの入力直後の回路には、差動増幅回路が使われてることを思い出そう。さて、差動増幅回路の性質により、差動増幅回路の両方の端子は、ほぼ同じ電位にある。つまり、右図の差動増幅回路の図では、トランジスタQ1とQ2の電圧降下の直後に、配線が接続しているので、トランジスタQ1の電圧降下をかりにΔV1と書くとして、同様にトランジスタQ2の電圧降下をかりにΔV2と書くとすれば、 - Vin+ーΔV1 ＝ Vin-ーΔV2 である。また、差動増幅回路の性質により、特性の同じトランジスタが、それぞれの端子の入力直後についてるという性質のため、 - ΔV1 = ΔV2 （= ΔV ）である。この電圧降下の等式をさいしょの式に代入して - Vin+ーΔV ＝ Vin-ーΔV 両辺に共通する ΔV を除去すれば、 - Vin+ ＝ Vin- となる。よって、差動増幅回路の両方の入力は、ほぼ同じ電位になる。そして、今回のオペアンプの話題にもどると、オペアンプのプラス端子が接地されてるため0Vなので、 - Vin+ ＝ 0 である。よって、 - Vin- ＝ Vin+ ＝ 0 こうして、オペアンプのマイナス記号側の入力端子も、ほぼ0Vである事が証明された。また、オペアンプの基本性質により、出力電流とくらべれば、入力電流はほぼ0Aであると近似できる（理由は、差動増幅回路では、出力電流とくらべて、入力電流がほぼ0Aと近似できるため）。このことから、電流の大きさについての等式を立てると、という式が成り立つ。 R_inの直後で電位が0Vになるので、つまり、さらにR_fで電圧降下することによって、V_outはマイナス電位になっている。よって、V_inとV_outの符号は反対である。よって、の関係がなりたつ。この式を変形して、電圧増幅度をもとめれば、となる。（証明おわり）
null	null	図のように、出力の一部を、入力にもどすことを、帰還（きかん、feedback）とか、「帰還をかける」とかいう。帰還した信号が入力信号と逆相の場合を負帰還（ふきかん、negative feedback）という。つまり、入力が VーVf になるものを負帰還という。帰還した信号が入力信号と同相の場合を正帰還（せいきかん、positive feedback）という。つまり、入力が V＋Vf になるものを正帰還という。負帰還の用途は、増幅回路を安定させるために用いられる。温度などにより特性が変化して増幅率が増幅しても、負帰還がかかってるので、いくらかは打ち消しあうという仕組みである。いっぽう、正帰還は、発振回路（はっしんかいろ）に用いる（のちの単元で後述する）。さて、帰還率 β を、つぎのように、帰還電圧 vf と出力電圧 vo との比で定義する。さて、帰還回路がない場合の増幅率を A0 としよう。帰還回路がある場合の増幅率Aは、定義はである。さて、(viーvf) が増幅率 A0 で増幅されて vo になるわけだから、それを式で表せば、 - （1）である。 v_fはにより、なので、それを(1)式に代入すれば、 - 展開して、 - となり、vo どうしをまとめるために移項して、 - となり、同類項として vo どうしでまとめて、 - - （2）帰還回路のある場合の増幅率 Af は、つまりなので、（2）式より、これで、負帰還のある場合の増幅率 Af が求まった。エミッタ接地の負帰還回路単元『高等学校工業電子回路/増幅回路の基礎』に紹介された「バイパスコンデンサのある回路」から、バイパスコンデンサを取り除いただけの右のような回路でも、負帰還の回路になる。
null	null	高等学校工業電子回路/電子回路素子ダイオード特性ダイオードは、図のように、順方向に電圧を印加すると、急激に電流が増えていく。順方向に電圧を印加したときに流れる、順方向の電流を、順方向電流(forward current)あるいは単に順電流という。いっぽう、逆方向に電圧を印加しても、ほとんど電流が流れない。右図では省略してあるが、じつは順方向に電圧を印加しても、電圧が一定の値（Siの場合なら0.6V）を超えないと電流が流れない。右図では分かりにくいが、じつは逆電圧でも、わずかに電流が流れており、それを逆方向電流（reverse current）あるいは単に逆電流という。逆電流は、キャリアの移動によるものと考えられている。逆方向に電圧を印加しても、ほとんど逆電流は流れないが、ある程度の大きさの逆電圧になると、急激に電流が流れ出す。これを降伏（こうふく、breakdown）という。順方向・逆方向ともに、定格を越えた、大きすぎる電圧を加えると、ダイオードが壊れてしまう。降伏電圧の大きさはダイオードの種類にもよるが、だいたい数十から数百ボルトである。順方向の立ち上がりの電圧の大きさ（0.6V）と、逆方向の降伏電圧の大きさ（数百ボルトていど）が、ケタ違いなので、電流電圧特性のグラフでは、順方向の座標軸の電圧の単位の大きさと、逆方向の座標軸の電圧の単位の大きさが、ちがっているのが普通である。 - ※ 実際のトランジスタの特性グラフを見るときは、順方向・逆方向の座標軸の単位系の大きさに注意すること。同様に、順方向・逆方向ともに、定格を越えた電流を流しても、こわれてしまう。このため、ダイオードなどをふくむ電子回路では、定格を越えた電流を流さないようにするため、外部に適切な大きさの抵抗を加えるこにより、回路を保護する必要がある。 - 計算時の扱いこのように、ダイオードでは実際には逆方向に電流が流れたりするが、回路計算をするときは、計算を簡略化するため、可能なかぎり、逆方向の電流は0として扱う場合が多い。（検定教科書でも、そのように計算する。）また同様に簡単化のため、逆方向の抵抗の大きさは ∞（無限大）として、計算上は扱うのが一般的である。順方向の内部抵抗は、計算上は、考えない。つまり、計算上は、順方向の内部抵抗を 0 として扱う。定電圧ダイオード定電圧ダイオードをつくるには、逆方向電圧の大きさが一定以上になると降伏が起きて、電流が流れ出す現象を利用する。このような仕組みの定電圧ダイオードをツェナーダイオード（Zener diode）ともいう。降伏時の逆電圧の大きさを降伏電圧あるいはツェナー電圧（Zener voltage）という。可変容量ダイオード - 可変容量ダイオードの原理 - 可変容量ダイオードの図記号可変容量ダイオードとは、静電容量が変化できるダイオードのことである。原理は、逆バイアス時に、空乏層の幅が、逆電圧の大きさによって変わることを利用している。可変容量ダイオードをバラクタダイオードともいう。可変容量ダイオードの用途は、電圧制御発信機（のちの節で後述する）、ラジオやテレビの周波数選局や周波数変調、などに用いられる。発光ダイオードガリウムひ素（GaAS）、ガリウムリン（GaP）などが材料である。これらの材料のダイオードに順方向に電流を流すと、PN接合の部分が光る。これは、電子と正孔が結合したときに、光を発している。材料によって、光の波長（つまり色）が変わる。光の強さは、電流の大きさにほぼ比例する。レーザーダイオード - (※ 範囲外 : ) レーザーダイオードの目的は、単色光を得ることが目的である。家電のCDやDVDの読み取り光などは、単色光であることが必要である。いっぽう、発光ダイオードは、くらい場所を照らしたり、色のついた光を出すことが目的なので、目的が異なる。このように、レーザーダイオードと発光ダイオードとは目的が異なることもあってか、分類上は区別する。 - （※ ）レーザー光の目的は、たとえばCDの読み取りなど、なんらかの計測・センシングが目的なので、かならずしも可視光でなくても構わない。（※ 理科の啓林館の『科学と人間生活』科目の教科書で、このようなレーザーの通常の使用目的を解説している。） - ただし、分類上は区別するものの、仕組みや発光の原理には、発光ダイオードとレーザーダイオードには似ている部分もある。レーザーダイオードは、図のように、p面とn面のあいだに活性層が挟まれている。そして、活性層の片端が鏡面になっており、もう片面が半透明になっている。半透明の片面のほうから、光が出て来る。 - 原理は、まず、p面から活性層に供給された正孔と、n面から活性層に供給された電子とが、活性層で正孔と電子とが結合したさいに発光する。レーザーダイオードで波長や位相がそろっている単色光が得られやすい理由として、よく下記のような説が言われる。（ただし、懐疑的な人もいるのか、説を紹介しない文献もある。たとえば電気学会『電気電子材料』（2012年初版第4刷）では、実物のレーザーダイオードの形状的な構造だけを解説し、物理学的な考察については、解説を避けている。） - よくある解説 1. 半導体の接合界面での発光が、鏡面と半透明のあいだで反射するので、他の電子にあたり、電子に当たった際にまた発光する。光が電子に当たった際の二次的な発光は、もとの光と波長と位相が同じであるので、同じ波長の光どうしが強めあう。 2. 鏡面で反射が何度も起きるので、どんどん強めあう。 3. 半透明の部分から、こうして強めあわれた光が放出される。 4. このような原理のため、レーザー光は単一周波数であるという感じの解説が、よく言われる。トランジスタ電流増幅作用トランジスタは、ベースに順方向電圧が流れないと、エミッタ-コレクタ間に電流が流れない。一般にベースに流れる電流は比較的に微小であり、いっぽう、エミッタ-コレクタ間に流せる電流は比較的に大きい。なので、ベース電流に流す小さな電流により、エミッタ-コレクタ間の大きな電流を制御していることになる。これが、あたかも外見的には、ベースの小さな電流が増幅されて出力されたように見えるので、このような現象をトランジスタによる電流の「増幅」（ぞうふく）などという。ベースに流れる電流は比較的に微小であるため、エミッタに流れる電流 IE と、コレクタに流れる電流 IC とは、ほぼ同じ大きさである。つまり、 - IE ≒ IC である。（高校の段階では、 IE ＝ IC としてよいだろう。） - ※ 次の計算では、電流は直流直流とする。増幅率 hFE は、入力をベース電流 IB と考え、出力をコレクタ電流 Ic とした場合（エミッタを出力とみなす場合もある）、であり、hFE を直流電流増幅率という。通常、hFE の大きさは、それぞれトランジスタによって異なるが、おおむね数十から数百になる。なお、エミッタ電流 IE と、ベース電流 IB 、コレクタ電流 Ic との関係は、 - IE ＝ IB ＋ Ic である。エミッタ電流およびコレクタ電流の大きさは、ほぼベース電流と増幅率のみに依存するのであり、決してトランジスタに取り付けられた外部の回路構造には影響を受けない。たとえば、エミッタ端子の先に外部素子として抵抗を取り付けようが、エミッタを流れる電流の大きさは変わらない。エミッタを流れる電流の大きさは、ベース電流と増幅率のみに影響される。 - (トランジスタは、このような特性が、小中学校で習ったような通常の回路とは異なる。) 実際に、トランジスタの増幅率は、外部の回路素子の影響を受けない。（小中学校で習ったような通常の回路とは、トランジスタはこのような特性にて異なる。）よってトランジスタでは、ベース電流の大きさを制御することによって、トランジスタからの出力電流の大きさを制御できる。このようなトランジスタの性質により、トランジスタ回路では、外部スイッチなどによる回路の切り替えのなどのさい、トランジスタの入力側と出力側との電流・電圧を独立に制御することができる。このようなトランジスタ回路における入力と出力の独立化こそが、コンピュータのような回路をつくる際に、重要になる。 - ※ なお、トランジスタのこのような出力電流を自由に設定しやすい性質に注目し、大学レベルの教科書では、トランジスタと似た性質の半導体素子も加えて、一般化して「電流源」という場合があるが、高校レベルでは、ほぼ不要な用語だし、入門者には「電流源」という用語をつかうと実際の回路構造が分かりづらくなるので、本教科書では、この用語には深入りいない。また、エミッタ端子の先に取り付けた抵抗の大きさを変えることで、オームの法則 V=RI により、エミッタ端子からの出力電圧を制御することができる。同様に電力の公式 P=RI2 により、外部素子の抵抗の大きさを変えれば、エミッタ端子からの出力としての電力も制御される。なお、コレクタ端子の先に抵抗を取り付けた場合にも同様の議論が成り立つ。このように、電流の増幅を通して、トランジスタは電圧や電力も制御できる。このことから、トランジスタで「電力を増幅する」などという場合もある。しかし、決して無から電力を生み出してるわけではないので、決してエネルギー保存則に反してるわけではない。トランジスタ回路では、ベースおよびエミッタ・コレクタに電流を流すための外部電源が、別途、必要である。ダーリントン接続右図のように、ダイオードを2個つなげることで、増幅率を増やせる。つなげたあとの増幅率 hFE は、つなげる前のそれぞれのトランスジスタの増幅率をそれぞれ hFE1 および hFE2 とすれば、 - hFE ≒ hFE1 ・ hFE2 である。トランジスタの静特性特性図は、一見すると複雑そうだが、ひとつひとつの内容は、今までに説明したトランジスタの性質どおりである。特性図と、今までに習った知識を、関連づけられるようにしよう。そのために、次のことを理解すること。 - IB - IC特性から分かること IB-IC特性を見れば分かるように、コレクタ電流ICは、ベース電流IBに比例する。また、この直線の傾きこそが、電流増幅率 hFE である。なお、座標軸の単位が、ICは mA 単位、IB は μA 単位になってるので、注意するように。図より、電流増幅率 hFE を求めると、と求まる。 - VCE ｰ IC特性から分かることコレクタｰエミッタ間の電圧 VCE が変わっても、コレクタ電流はあまり変わらない。コレクタ電流は、ほぼベース電流のみに依存している。このことは、IB-IC特性とも整合性がある。 - VBE - IB 特性から分かることベース端子から入力する電流 IBを流すためにも、エミッタ-ベース間の電圧VBE が必要である。一定値以上の電圧(図より、おおよそ 0.6 V 程度)が加われば、その電圧の大きさに拘わらず、ほぼ一定値である。このことから、トランスジスタで増幅するためには、入力電圧を少なくとも0.6Vていど以上にする必要がある、という事も分かる。 - VCE - VBE 特性から分かること VBEの大きさは、ほぼ0.6〜0.8Vであり、VCEに影響されない。トランジスタの最大定格トランジスタにも、定格の電流や電圧がある。定格を越えた電流・電圧を加えると、トランジスタは壊れてしまう。 IcとVCEとの積 PCをコレクタ損失という。コレクタ損失にも最大定格(PCMなどで表す)があり、これを超えないように使用しなければならない。したがって、表1に示したトランジスタの場合、使用範囲をグラフにあらわすと、右図1のようになる。電界効果トランジスタ電界効果トランジスタ(field-effect transistor, FET)は、ゲート電極に加える電圧の大きさによって、ソース電極-ドレイン電極のあいだを流れる電流を制御する。方式には接合型とMOS型の2種類があり、原理が違う。 FETも MOS FET も、どちらとも電極として、ゲート（Ｇ）、ドレーン（Ｄ）、ソース（Ｓ）の３つの電極がある。接合型FET 接合型の場合の原理は、空乏層の幅を制御することで、ソース-ドレイン間の電流を制御する方式である。ゲートに逆電圧 VGSを加えることで、空乏層が広がる。（なお、電界効果トランジスタでは一般に電圧の基準をソース電極に取るので、ゲート電圧は VGS と書く。添字の「G」がゲートのことであり、添字「S」はソースのこと。）空乏層が広がると、ソース-ドレイン間の電流は流れにくくなる。さらにゲート電圧を強めて空乏層が広がると、ついにはソース-ドレイン間の電流は流れなくなり、このときのゲート電圧をピンチオフ電圧（pinch-off voltage）という。 MOS型FET ゲートに電圧を加えてない状態では、ソース-ドレイン間に電流は流れない。右図の場合、ゲートに正電圧を加えると、それに引かれて、ゲートの金属膜の近くに電子が集まり、金属膜近くに電子が集まったことでチャネルとして機能するようになり、ソース-ドレイン間に電流が流れるようになる。 - Vgs = 0 の場合実際の形状とは違うが、模式的に、MOS FETについて、こういう模式図で書かれることも多い。 - Vgs ＞ 0 の場合 - MOS FET において、Vgsがさらに大きい場合。図のように、ゲート電極に電圧を加えることにより、半導体内部で電子（または正孔）が引き付けられるが、この引き付けられた電子があるおかげにより、電流が流れるようになる。このように、FETにおいて、図のようにゲート電極に引き付けられる電子や正孔の集まる部分であり、電流の流れる通路となる部分のことをチャネルという。上の回路において、さらにゲート電圧VGSを大きくしていくと、ゲートに引き付けられる電子が増えるためチャネルが広がることにより、流れるドレーン電流IDも大きくなる。回路図の図記号 - MOS FET pチャネル形 - MOS FET nチャネル形（※ 上記の2個のMOSFET回路図はデプレッション形の回路図） - 備考 MOS FETの電極は一般に金属である。そもそもMOSの「M」とは金属（metal）のMが由来。絶縁膜はSiO2であるのが一般的。これはSiを酸化させたものなので、「酸化絶縁膜」などという場合も多い。 - （※ 範囲外: ）SiO2は、化学的にも安定であり、化学変化しづらいので（くわしくは化学の教科書を参照せよ）、実用性も良い。いっぽう、二酸化ゲルマニウム GeO2 は水溶性のため、現代ではGeは一般の半導体材料としては使われない。（昭和の昔は、ゲルマニウムラジオなどの材料としてGeが使われた時代もあった。） - なお、光ファイバの屈折率を調節するための添加剤として二酸化ゲルマニウム GeO2 は用いられている。（※ 参考文献: 大木義昭ほか『電気学会大学講座電気電子材料』） metal（金属）, oxide（酸化物）, semiconductor（半導体）の頭文字の略をとって、 MOSと名づけられている。あるFETで、VGS＝0のときに電流が流れないFETであるとき、その種類のFETのことをエンハンストメント形という。いっぽう、あらかじめチャネルがつくられていて、VGS＝0のときでも電流が流れるという種類のFETをデプレション形という。差動増幅回路の概略トランジスタを2つ用意したとする。同じメーカーの、同じ型式で、同じ特性のトランジスタが2つあるとする。その出力どうしの電圧差を取る。すると、エミッタ（あるいはコレクタ）からの出力電流は、それぞれのトランジスタのベース電流が、hパラメーターによって入力が増幅されたものなので、結局、出力の電圧差は、入力の電圧差（あるいは電流差）に比例することになる。 - IE1ーIE2 ＝h(IB1-IB1) （上式での添え字のEはエミッタのこと。Bはベースのこと。1と2が、1番目のトランジスタと、2番目のトランジスタのこと。）これが、差動増幅回路というものの原理である。差動増幅回路は、もし温度変化などでトランジスタの性質が変わったとしても、両方のトランジスタとも同じだけ温度が変化するので、よって、両方のトランジスタの特性が同じだけ変化する。そして、構造が、両トランジスタの電圧差を出力信号とする仕組み - （V＋ーVー）なので、温度変化分の影響（仮にΔVTと書くとする）が打ち消しあう - （（V＋＋ ΔVT)ー(Vー＋ ΔVT)）＝（V＋ーVー）ので、結果的に温度変化の影響を受けない。このように、差動増幅回路は、温度変化などの影響を受けづらいという原理のため、差動増幅回路をもちいれば安定性の高い回路を提供できる。さて、出力を電圧とすると実用上で便利な場合が多いので、単に出力に抵抗 R を加ればオームの法則により電圧換算すればいいだけので、 - (V1ーV2)＝R(IE1ーIE2) ＝R・h(IB1-IB1) となる。さて、回路設計の実務書などで「オペアンプ」（「演算増幅器」ともいう）というものが紹介されたりするが、オペアンプの中身は、差動増幅回路が本質的な部品である。オペアンプの基本的な性質のほとんどは、結局は、差動増幅の性質に由来する。たとえば、オペアンプでは、「オペアンプの入力電流は微小である」という性質があるのだが、それは差動増幅回路のトランジスタ部分のベース端子の入力電流が微小だから、という理由に由来する。また、書籍によっては、オペアンプの入力抵抗が無限大と見なせるとか書いてあったりするが、つまりこれは単に、トランジスタの入力抵抗が（解釈によっては）無限大と見なせるから、というだけのツマラナイ理由にすぎない。なお、オペアンプでは、信号の入力端子・出力端子の合計4個の端子のほかにも、電力供給のための端子が必要になるので、端子数がすくなくとも合計5個以上になる。オペアンプの信号の入力端子の数は2個なのであるが、それはつまり、オペアンプの信号入力端子はじつは差動増幅回路でのトランジスタ2個のそれぞれのベース端子が合計2個だから、である。オペアンプの信号の出力端子の数が2個なのも、オペアンプの信号入力端子はじつは差動増幅回路でのトランジスタ2個のそれぞれのエミッタ端子（あるいはコレクタ端子）が合計2個だから、である。じっさいのオペアンプには、差動増幅回路のほかにも、さらに回路保護のための回路や、回路の調整や安定化のための回路などが付属していたりするので、回路図が複雑である。だが、オペアンプの基本的な回路部品は差動増幅回路であるので、もしオペアンプの学習で分からなくなったら、差動増幅回路に戻ればいい。 - ※ なお、音楽などでエレキギターなどの分野でいう「アンプ」とは違う。音楽の「アンプ」とは「オーディオアンプ」の略で、音声信号を増幅する装置のことなので、混同しないように。「アンプ」amplifier という語句が、日本語で「増幅」という意味である。
null	null	高等学校工業電子情報技術加筆・訂正を行ってくれる協力者をお待ちしています。この内容は暫定的な物です。指導要領では次のように教育内容を定めてます。章や節のページ名の命名での混乱を回避するため、各項目のページ名は、指導要領の表現に準拠した名称に統一したいと思います。目次 - コンピュータの電子回路 - 電子回路の基礎 - 論理回路と論理代数 - フリップフロップと応用回路 - レジスタと演算回路 - コンピュータの構成と機能 - マイクロプロセッサと処理装置 - 記憶装置と周辺機器 - データの流れと命令語の構成 - コンピュータ制御 - ハードウェアに適した言語 - センサとアクチュエータ - 入出力と周辺回路 - 制御プログラム - コンピュータの利用と電子情報技術 - オペレーティングシステム - ネットワークと情報処理形態 - マルチメディアと電子情報技術
null	null	高等学校工業電子機械加筆・訂正を行ってくれる協力者をお待ちしています。この内容は暫定的な物です。指導要領では次のように教育内容を定めてます。章や節のページ名の命名での混乱を回避するため、各項目のページ名は、指導要領の表現に準拠した名称に統一したいと思います。目次 - 電子機械と産業社会 - 身近な電子機械 - 電子機械と生産ライン - 機械の機構と運動の伝達 - 基本的な機械要素 - 基本的なメカニズム - センサとアクチュエータの基礎 - センサ - アクチュエータ - シーケンス制御の基礎 - リレーシーケンス - プログラマブルコントローラ - コンピュータ制御の基礎 - コンピュータとインタフェース - 外部機器の制御 - メカトロニクス
null	null	高等学校工業電子機械応用加筆・訂正を行ってくれる協力者をお待ちしています。この内容は暫定的な物です。指導要領では次のように教育内容を定めてます。章や節のページ名の命名での混乱を回避するため、各項目のページ名は、指導要領の表現に準拠した名称に統一したいと思います。動力用アクチュエータ - 電力を利用したアクチュエータ - 流体を利用したアクチュエータ産業用ロボット - ロボットの基礎 - ロボットの制御システム - ロボットの操作と安全管理ファクトリーオートメーション - ＣＡＤ／ＣＡＭの基礎 - 数値制御工作機械 - 生産システムの基礎 - ネットワーク技術電子機械応用設計 - 自動化機器の調査と研究 - メカトロニクスシステムの設計
null	null	- 編集者への注意専用の記事が完成するまでの間は、代替ページとして、別科目のページへのリンクをしています。編集をされる方は、注意してください。間違えて、リンク先の別科目を本科目「電気基礎」としては編集しないように注意してください。指導要領では次のように教育内容を定めてます。章や節のページ名の命名での混乱を回避するため、本科目「電気基礎」の各項目のページ名は、指導要領の表現に準拠した名称に統一したいと思います。目次 - 直流回路 - 電気回路の電流・電圧・抵抗（代替ページとして、別科目高等学校理科物理I 電気） - 消費電力と発生熱量（代替ページとして、別科目高等学校理科物理I 電気） - 電気抵抗（代替ページとして、別科目高等学校理科物理I 電気） - 電気の各種作用（代替ページとして、別科目高等学校理科物理I 電気） - 磁気と静電気 - 電流と磁気（代替ページとして、別科目高等学校理科物理I 電気） - 静電気の基礎（代替ページとして、別科目高等学校理科物理I 電気） - 交流回路 - 交流回路の基礎（代替ページとして、別科目電気回路理論/交流回路の基礎） - 交流回路の電流・電圧・電力（代替ページとして、別科目電気回路理論/電力回路） - 記号法（代替ページとして、別科目電気回路理論/インピーダンス） - 三相交流 - 電気計測 - 電気計測の基礎 - 基礎量の測定 - 測定量の取扱い - 各種の波形 - 非正弦波交流（代替ページとして、別科目物理数学II フーリエ解析） - 過渡現象（代替ページとして、別科目電気回路理論/過渡状態の回路素子）
null	null	高等学校工業電気基礎直流回路第一章『直流回路』私たちの生活には、テレビ・携帯電話・冷蔵庫といった電気製品があり、私たちは日々『電気』を使って生活をしている。普段使っている電気製品は電池・コンデンサといった電子回路から作られている。この章では、電圧・電流・電気抵抗といった電気工学である基礎を学び、主な電気的な成り立ちを学んでいく。【１】電流と電子すべての物質は原子で構成されている。原子は中心にある原子核と、その周りを周る電子から成り立っている。原子核は正の電気をもち、電子は負の電気をもつ。基本的に、正の電気と負の電気は足すと０になり、電気的に中性である。物質によっては、電子が物質内を自由に動くことができ、その電子を自由電子という。自由電子が多ければ、電気が伝わりやすくなる。電気が伝わりやすい物質（鉄・銅）などを導体といい、逆に電気がほとんど伝わらない物質（ビニール）などを不導体あるいは絶縁体という。
null	null	高等学校工業電気機器加筆・訂正を行ってくれる協力者をお待ちしています。この内容は暫定的な物です。未分類鉄などを磁石によって磁化した場合、いちど磁化した金属は、磁石などの外部の磁力を取り去っても、鉄などの磁化された金属には、磁力がいくぶんか残る。このように、対象の金属の磁化のていどは、以前にどのように磁化されていたかに影響される。このように、以前にどのように磁化されていたかによって、対象物の磁化のていどが変わってくる性質をヒステリシスという。けっして、たんに、その瞬間だけの外部の磁場の大きさ H だけでは決まらない。そのため、グラフで、鉄などの磁力を縦軸のBにして、磁石などの外部の磁力を横軸のHにすると、右図のようなグラフになり、このようなグラフをヒステリシス曲線などという。外部磁場を取り去っても、対象の金属に残った磁力Brを残留磁気（ざんりゅうじき）という。この残留磁気を打ち消すには、反対方向の磁場ーHc を加えなければいけない。この、反対方向の磁場の大きさ Hc のことを保磁力（ほじりょく）という。ヒステリシス曲線でいう、縦軸の磁束密度Bは、材料内部の磁場の強さのこと（つまり、磁化の程度を表す）。いっぽう、横軸の磁化（磁場）Hは、電流などによる磁束・磁場などのような、その材料の外部の磁場に強さのことである。材料から見れば、横軸Hは、材料に加わってる磁場の発生源である外部磁場の強さのこと。目的の対象物の材料を取り外した、真空中の磁界の強さが、このようなグラフの場合のHである。けっして、磁束密度「B」といった物理量そのものに材料内部という意味があるわけではなく、たんに慣習として、対象の材料内部の磁化の強さを表すのに磁束密度Bが使われるだけ。同様に、磁界の強さHという物理量そのものに真空中という意味があるわけでもなく、たんに慣習として、外部磁場の強さや、真空中の磁界の強さとして、磁界の強さHという記号が使われることが多いだけである。上記では説明の都合のため、外部磁場の発生源を電流としたが、じっさいには外部磁場の発生源が電流とは限らない。電気機器としての実用性はともかく、たとえば永久磁石を外部磁場の発生源として使い、鉄を磁化してもよい。なので、目的物そのものによる「内部」の磁力線への影響＝Bと考えて、目的物以外による磁力線への状況＝H、と考えたほうがイイだろう。なお、物質内部の磁束密度の測定方法とは、磁性体の内部に小さな穴をあけ、その空間に測定器の端子などを入れて穴の中の磁束密度を測定し、それを磁束密度の保存法則から「この小さな穴の空間の磁束密度は、材料内部の磁束密度と等しいはず」だろうと類推したもの。（参考文献: 書名は忘れたが、丸善出版の物理学の電気磁気学の本（1980年代くらいの出版年の本だったかな）に、こういう感じのことが書いてあった。緑色の表紙の本。）材料内部の磁束密度は、材料形状が普通の長方形・正方形状や柱状・円柱状の材料なら、材料の外表面ちかくなどを除けば、内部での磁束密度の大きさは、ほぼ一定である。けっして、内部にもぐるほど磁束密度が大きくなったりしないし、同様に内部にもぐるほど磁束密度が小さくなったりもしない。このような事も、誰かが実際に材料内に穴をあけて、そこの磁場を測定するなどの実験によって、最初は調べたわけである。なので、物質の透磁率μは、けっして位置によって変化しない、その材料固有の物理定数である。もっとも現代では、すでに物質中での磁束についての基本法則などが既に分かってるので、いちいち内部に穴を空けて材料中の磁束を測定を検証する必要がないものの、物理学の原理的には、いちおう誰か物理学者がじっさいに磁場を測定して、きちんと検証しているというわけである。磁束は、右図のように、磁束の貫かれた壁面の前後では、けっして磁力線が枝分かれもしないので、貫通の前後で本数が増減したりもせず、貫通の前後でかならず垂直方向には連続する。ただし、右図の上下の材料ごとの磁束密度の通しやすさのちがいによって、磁束密度がちがうように、壁面貫通のさいの磁力線と平行方向には、かならずしも連続とは限らない。（※ 以下、要・確認。てもとに参考文献が無いので、私が記憶を間違えてて、BとHが逆の可能性もあります。）なので、材料内の磁束密度Bを測定するさいの穴の向きは、右図のように、磁力線に垂直な方向に長い、厚さのうすい穴で測定するのが望ましい。（これが上記の参考文献、丸善出版の物理学の電気磁気学の1980年代くらいの本に書いてあった内容。）磁力線の流れに、直列的に穴を配置する、というわけである。（← わたしの私見）穴をあるていど細くする必要があるのは、磁力線を穴のない経路に迂回させないため、であろう。図のように細長い穴の配置によって、物質内部の磁場Bが検証できるので、あとは、外部電流などのつくる外部磁場をHとすれば、BとHとの比率計算により、材料中の透磁率 μ を検証できる。もっとも、現代では、すでに物質中での磁界についての基本法則などが既に分かってるので、いちいち内部に穴を空けて材料中の磁束密度Bの測定を検証しない。たとえば、もし、材料の受けている磁界の発生源が電流のつくる磁界（中学理科でも習うアンペールの法則による磁界）なら、材料の受けているHを求めるには、たんに発生源の電流のつくる磁界の法則である「アンペールの法則」による磁界Hの値をそのまま測定すれば済み、なので、材料をいったん外してHを測定して、その測定値Hをそのまま、材料のある場合の材料内部の磁界Hも同じ値であるはず、と設定して計算してしまうのが、現代の方法である。そして、材料が無い場合での外部磁場の発生源の電流などのつくる磁界Hと、材料があることによって生じている磁場の強さ（Bに相当する量）との違いから、比率計算によって透磁率μを求める、・・・というような手順が、現代の標準的な手順であり、一般の多くの電気磁気学の教科書にも書いてある、透磁率の標準的な求め方の方法である。 - ※ 「ヒステリシス」とは、英語で歴史をヒストリーというように、理科でいうヒステリシスとは、磁気現象にかぎらず、現在に加わっている力や温度だけでなく、さらに過去の経緯も物質などの取る状態に影響を与えることである。 - なお、英語のヒストリーの語源のデマで、「彼の物語」 he story というデマがあるが、そもそも「彼の」はhisだし、ラテン語で歴史を意味するヒストリア historia とかも無視していて、頭が悪い。 - ※ 本科目では磁気のヒステリシスをあつかったが、ある物質の状態が過去の経緯に由来するのは、なにも電磁気だけに限った現象ではない。中学校の範囲ですら、たとえば液体の過冷却の現象は、その液体の温度だけでなく、直前の状態が液体であったかどうかにも由来している。 - また、工業高校の機械工学でも、たとえば鉄鋼の焼入れなどの熱処理の性質のグラフなどでも、焼入れ材料の体積と温度のグラフをとると、低温から高温へと加熱していった際の体積と、高温から低音へと冷却していった際の体積は、たとえ同じ温度であっても異なっている。（※ 科目『工業材料』などで、このような熱処理のグラフを習う。工業高校での、熱処理の単元では、「ヒステリシス」という言葉こそ使わないが、内容は、温度的なヒステリシスの一種である。） - ※ 磁気ヒステリシスにしろ、熱処理のヒステリシスにしろ、共通しているのは、（真空ではなく）物質材料であることだ（磁性体はかならずしも金属とは限らない）。おそらくだが、理解としては結局、（仮説になるが）「いくつもの分子・原子から構成される物質材料そのものの基本的な性質として、ヒステリシス」というのがあるとみなすべきだろう。損失について - 銅損銅損（どうそん）とは、ジュール熱などの電気抵抗による損失。 - 鉄損鉄損（てっそん）とは、鉄心などの磁化による損失のこと。 - 機械損機械損（きかいそん）とは、摩擦などによる損失。直流機電機子指導要領指導要領では次のように教育内容を定めてます。章や節のページ名の命名での混乱を回避するため、各項目のページ名は、指導要領の表現に準拠した名称に統一したいと思います。目次 - 直流機器 - 直流発電機 - 直流電動機 - 特殊電動機 - 交流機器 - 変圧器 - 誘導機 - 同期機 - 電気材料 - 導電材料 - 磁性材料 - 絶縁材料 - パワーエレクトロニクス - パワーエレクトロニクス素子 - 基本回路 - 応用回路
null	null	高等学校工業電気製図/製図と規格（高等学校工業電気製図/製図と企画から転送）製図と図面製品を作ろうとする時、その製品を構成する部品の形や大きさ、材料を決めて図面に表す必要がある。図面を描くことを製図という。図面は理解しやすいもので、図面を作った誰かの意思が、確実に伝わるものでなければならない。図面には、その目的を達成するために、図形と一緒に『大きさ』『形状』『姿勢』『位置』などが含む必要がある。また、必要に応じて、『表面性状』『材料』『加工法』なども含む必要がある。規格工業には、機械、建築、化学、電気、電子など、いろいろな分野がある。それらの分野に用いられる機器や装置は、多くの機械部品によって構成されている。これらの製品の形状、寸法、材料、制度、特性などの規格を決めておけば、生産の効率も上がり、より良質な製品を作ることができる。そのためにも、いろいろなものを共通化し、段階的に寸法などを決めることで、規格として標準化できる。工業規格には、世界全体や、各ヨーロッパなどの国際規格などのいろいろな規格がある。
null	null	高等学校工業電気製図/製図と規格製図と図面製品を作ろうとする時、その製品を構成する部品の形や大きさ、材料を決めて図面に表す必要がある。図面を描くことを製図という。図面は理解しやすいもので、図面を作った誰かの意思が、確実に伝わるものでなければならない。図面には、その目的を達成するために、図形と一緒に『大きさ』『形状』『姿勢』『位置』などが含む必要がある。また、必要に応じて、『表面性状』『材料』『加工法』なども含む必要がある。規格工業には、機械、建築、化学、電気、電子など、いろいろな分野がある。それらの分野に用いられる機器や装置は、多くの機械部品によって構成されている。これらの製品の形状、寸法、材料、制度、特性などの規格を決めておけば、生産の効率も上がり、より良質な製品を作ることができる。そのためにも、いろいろなものを共通化し、段階的に寸法などを決めることで、規格として標準化できる。工業規格には、世界全体や、各ヨーロッパなどの国際規格などのいろいろな規格がある。
null	null	高等学校情報高校の共通教科・専門教科「情報」の教科書を収録します。普通科目 2022年度から施行される学習指導要領では、必修科目が「情報I」に一本化され、さらに発展科目として「情報II」が設定された[1]。旧課程普通科目 - 高等学校情報A 2単位（令和3年以前課程との対応先は、『社会と情報』および『情報の科学』の一部に吸収） - 高等学校情報B 2単位（令和3年以前課程との対応先は、主に『情報の科学』に相当） - 高等学校情報C 2単位（令和3年以前課程との対応先は、主に『社会と情報』に相当）専門科目 ※ 工業高校の情報技術系科目とは、別科目です。 - 高等学校情報情報産業と社会 2-4単位 - 高等学校情報課題研究 2-4単位 - 高等学校情報情報の表現と管理 2-4単位 - 高等学校情報情報と問題解決 2-4単位 - 高等学校情報情報テクノロジー 2-4単位 - 高等学校情報アルゴリズムとプログラム 2-6単位 - 高等学校情報ネットワークシステム 2-6単位 - 高等学校情報データベース 2-6単位 - 高等学校情報情報システム実習 4-8単位 - 高等学校情報情報メディア 2-6単位 - 高等学校情報情報デザイン 2-6単位 - 高等学校情報表現メディアの編集と表現 2-6単位 - 高等学校情報情報コンテンツ実習 4-8単位参考資料
null	null	高等学校情報/その他の技術的な話題いろいろな話題 OPAC 公共図書館の多くは、その図書館の蔵書や貸し出し状況（貸出中か否か）を、管内の端末から確認できる。さらに、外部からもインターネットを使って、その図書館の蔵書や貸し出し状況を調べられるシステムがある。図書館のこれらのシステムをOPAC（発音:オーパック）という。大学の図書館などにも、一般に、在学生などが蔵書検索できる同じようなシステムがあり、それらもOPACと呼ばれる。電子マネーなど - ※ 情報Iの検定教科書の多くで掲載を確認。 - ※ ※ 2022年度科目『情報I』教員研修用資料で電子マネーに言及あり[1]。 - ※ 商業高校『ビジネス基礎』で電子マネー（electronic money[2]）に関する記載を確認。昭和の時代から、お店では現金以外にもクレジットカードや小切手などがあったが、クレジットカードは借金になりかねないし、小切手は大げさすぎる。平成の21世紀に入ったころから、交通系ICカードなどでの支払いが、大都市部などの一部の店舗では可能になった。また、さらにスマホの普及で、スマホによる支払いが2020年代では比較的に多くの店舗で可能になっている。こういった交通系ICカードやスマホなどでの支払いの手法のことを、電子マネー（electric money）とか電子決済（※ 第一学習社）などと呼んでいる。なお、交通系以外にも、流通系業界主導の電子マネー用のICカードもある（東京書籍 I）。 - ※ 「仮想通貨」はこれとは全く別の技術（実教 II、日本文教出版 II）。混同しないように。ほか、電子マネーとは別に、クレジットカードから借金の機能を除去したデビットカードという決済手法もある（実教出版 I）。クレジットカードもデビットカードも電子機器リーダーを使っているが、慣習的にクレジットカードやデビットカードは電子マネーには含めない。だが、交通系ICカードもスマホ支払いもクレジットカードなども、ともに現金支払いをしない決済方法であることに変わりはないので、それら現金を使わない決済手法をまとめて「キャッシュレス〇〇」などと呼んでいる（実教 I）。なお、キャッシュカードなど、昭和や平成90年代の時代は磁気カードだったが、偽造などの対策のために21世紀に入ってから ICチップの搭載されたICカードに置き換わっていくことになった。銀行やコンビニにあるATMによる「振り込み」も、キャッシュレス決済の一種である。 ATMにより銀行業務の省力化ができるので（実教 I）、なるべくATMを使うのが望ましい。なお、コンビニについて、行政への届け出の一部は、コンビニからでも出来るようになっている（実教 I）。いわゆる「電子政府」の政策の一部でもある。ほか、コンビニではないが、「e-Tax」と言う技術・制度で、インターネットから税金を支払う仕組みもある（日本文教出版 II）。コンビニでもスーパーでも一般の店舗でも、バーコードが引き続き使われている。バーコードとは別に、二次元コード（※ QRコードのこと）というのがある。 ※「QRコード」が商標なので、検定教科書では「二次元コード」と呼んでいる。スマホでの支払いでは、この二次元コードを使った支払いの技術もある（日本文教出版 I）。やや余談だが（検定教科書にもあるが）、コンビニなどでは、人手不足や省力化のため、セルフレジが近年（2023年発行の教科書の記述）では増えている（東京書籍 I）。客が、セルフレジにあるバーコードリーダーに、買いたい商品のバーコードを読み取らせる方式である、（なお、セルフレジは一般に現金支払いにも対応。 RAID（レイド）もしデータを保存しているハードディスクが壊れてしまうと、中身のデータもいっしょに失われてしまう。ならば、2つ以上のハードディスクで、同じデータを保存すればよいではないか、・・・というアイデアを実行しているシステムに、RAID（レイド）がある。各ハードディスクに保存させるデータの割り当てのパターンによって、いくつかの方式に分かれる。データ消失を防げる信頼性が上がるが、当然、ハードディスクを多く用いる事になる。 UPS（ユーピーエス） UPS（ユーピーエス、Uninterruptoble Power Supply）とは、蓄電池であり、停電などにそなえて、コンピュータに供給する電圧の安定化のためにUPSを用いる。電源コンセントとコンピュータのあいだに、UPSを接続する。停電などのさい、もし安定化電源装置が無いと、電圧が急変するので、コンピュータに誤作動が起きたり、データが消失してしまう可能性がある。なので、誤作動やデータ消失が決して許されない重要作業を行っているコンピュータなどに、UPSが取り付けられる。 ※ UPSは、けっして発電機ではなく、単に電圧をしばらく安定化させるための装置に過ぎないので、時間が立つと、電力は失われていく（携帯機器のバッテリーが、充電しないと電力が失われていくのと同様）。なので、電力の余っているうちに、安全に終了したり、データをバックアップするなどをする。フラッシュメモリとハードディスクまず、ハードディスクドライブとは、フラッシュメモリは違う。ハードディスクハードディスクは、磁性体を回転板に塗りつけてる長期記憶装置である。データの書き換え可能な回数が、ほぼ無限回なので、パソコンなどでは主要な長期記憶装置として用いられる。ハードディスクの原理的には、磁気テープを、かつてのレコード円盤のように、記録ぶぶんを円盤に配列したようなものだと思えばよい。CDやDVDが読み取り中は回転するように、データを読み取る際は記録部分を回転させることで検出装置で読み取りを行っている。で、ハードディスクでは、テープレコーダと同様に検出装置を磁性体ぶぶんに近づけてるため、衝撃に弱い。もし強い衝撃が加わると、検出装置と磁性体ぶぶんが、ぶつかってしまう可能性があるから、である。フラッシュメモリフラッシュメモリとは、コンピュータ用の、半導体を用いた長期記憶装置の一種である。 ※ 日本では、（著者の個人的な記憶では）2005年ごろからフラッシュメモリが普及してきた。（なお、フラッシュメモリの発明じたいは、もっと前から。）ハードディスクとは違い、フラッシュメモリは回転部分をもたず、また、レコード針のような検出装置を持たないため、衝撃に強く、また、小型化をしやすい。このため近年では、携帯機器の長期保存装置としてフラッシュメモリが用いられている。パソコンのUBS端子に接続して用いるようになっている製品が多いこともあり、フラッシュメモリは「USBメモリ」とも呼ばれる。 CD、DVD、ブルーレイ CDやDVD、ブルーレイディスクは、レーザー光を当てて、反射光からデータを読み取っている。 CDの表面には、人間の目には見えないほどに小さな凸凹（デコボコ）があり、そのため、反射光の様子が変わる。光を用いて遠隔的に凹凸を検出できるので、カセットテープと違って検出部分を近づける必要がない。 DVDは、CDよりも凹凸が細かくなったぶん、レーザ光もより波長の細かい光を用いるようになったディスクである。ブルーレイディスクは、青色レーザを用いてデータを読み取るディスクである。青色の光は、人間が見える色の光の中では、波長がもっとも短い。 CD、DVD、ブルーレイをまとめて、これらを光学ディスクと呼ぶ。なお、USBメモリやCD, DVD,ブルーレイディスクなどの記憶媒体をまとめて、「メディア」と呼ぶ場合もある。日本で「メディア」と言うと、いわゆるマスコミを意味するマスメディアを意味する場合もあるが、「メディア」という用語には、マスコミとは別の意味として記憶媒体の意味もある。（※ 第一学習社が2021年版の検定教科書デジタルパンフレットで記載。） OS Windows Windows（ウィンドウズ）は、マイクロソフト社が設計・製造・有料販売しているOSS（オペレーティングシステム）である。パソコンのOSとして世界的にWindowsが普及しており、日本でも普及している。中学校の教科書などで紹介されているパソコン画面も、ほとんどの場合、Windowsの画面である。（じっさい、中学の検定教科書の巻末に記載されてる写真提供・資料提供の企業名を見ると、「マイクロソフト」の名前がある。）ワープロソフトの「Word」（ワード）や表計算ソフト「Excel」（エクセル）などは、このWindowsの上で用いて動くソフトである。なお、Wordは製品名は「Word」だが、英単語のwordとまぎらわしいので、しばしばMS-Word （エムエス・ワード）などと呼ぶ場合もある。ここでいう「MS」とは micorosoftの略である。WordやExcelは、OSではない。なお、ビル・ゲイツという人物が、米国マイクロソフト社の創業者である。（※ 英語科目などで、時事的な話題などで、ビル・ゲイツを紹介している検定教科書もある。） GUIとCUI CUIとは、図のような文字ばかりから構成される画面で、主にキーボードから入力を行う。画像にあるように、CUIの壁紙やアイコン画像などはないのが通常である。現代では、家庭などでの普通のパソコンの利用では、まずCUIは使わない。だが、仕事などでパソコンで特殊な操作をする場合、CUIが必要になる場合がある。いっぽう、GUI（グラフィックユーザーインターフェース）は、主にマウスなどで操作する。小中学校などで習うパソコンの操作方法も、GUIの操作であるのが普通だろう。その他のOS Unix と Linux OSは、なにもWindowsだけでなく、「Unix」（ユニックス）と呼ばれる、いくつかのOSもある。 Unix系OSの中でも、Linux（リナックス）と呼ばれるOSが代表的である。Linuxはソースコードが公開されており、そのためLinuxが普及している。 Linux（リナックス）は、リーナス＝トーバルズという、あるフィンランド人が、Unix（ユニックス）を手本に開発し始めたOSなので、Linuxという。（なおリーナスのLinuxの開発開始の当時、リーナスは大学生だった。）現在のLinuxの開発者は、けっしてリーナスだけでなく、さらに多くの技術者がボランティア的に開発に協力している。なお、このLinuxのように、ソースコードが公開されていて、誰でも自由に配布や改良をできるソフトウェアを、オープンソースという。 - ※ 範囲外 Linuxはソースコードが公開されてることもあり、大学の情報工学科などのコンピュータ教育などで、Linuxの仕組みが紹介されたり、Linuxが使われる事も多い。 - ※ 範囲外なお、Linuxは、たいていの場合、無料で使える。（しかし例外的に、無料版のLinuxを正規に改造した有料版Linuxを販売している企業もあるので、注意のこと。）アップル社のOS - （※ 範囲外）アップル社のi-phone（アイフォーン）などの、アップルの携帯端末商品に使われてるOSは、「iOS」（アイオーエス）というOSである。iOsは、WindowsやLinuxなどとは異なる、別のOSである。ちなみに、スティーブ＝ジョブスという人物が、米国アップル社の創業者である。（※ 「現代社会」科目などで、ジョブスを紹介している教科書会社もある。）ジョブスは2011年に死没した。 TRON（トロン） TRON（トロン）は、日本人の坂村健（さかむらけん）が開発を主導した、日本産のOSのひとつである。かつて、日本の携帯電話のOSなどに、携帯用のTRONが採用されていた。しかしパソコンなどのデスクトップ機器では、TRONは採用されてない。日本の小惑星探査機「はやぶさ」にも、制御用のOSとして、TRONが採用された。 Wiki（ウィキ）システムインターネットでwebサイトを公開するさい、Wiki（ウィキ）というシステムを用いたソフトウェアを追加することで、読者がWebブラウザを用いて、そのwebサイトのページを編集できるように設定できる。 1990年代にWikiシステムが開発され、そのシステムを用いた色々なサイトが誕生した。なお、インターネット百科事典の「Wikipedia」（ウィキペディア）は、このWikiというシステムを用いた百科事典サイトのひとつである。単に、wikipediaが、既にあったwikiシステムを採用しているだけであり、けっしてwikipediaがwikiシステムを発明したのではない。さて、このWikiシステムの仕組みからも分かるように、wikiを採用したwikipediaも誰でも編集できてしまうので、wikipediaには間違った内容の編集がされる場合もある。なので、Wikipediaの内容は、鵜呑みにしないように。動画のフレームレート ※ 情報Iでも引き続き、高校範囲（東京書籍『情報I』）。まあ、中学で教えてるが。つまり、中学技術科のことも忘れるな、という事かと。 - ※ 旧カリキュラムでは『情報の科学』で紹介されていたりした動画のしくみは、1秒間に何十枚もの画像を切り替えることで、動いているように見せている。コンピュータ業界では、動画を構成する静止画1枚のことをフレーム（frame）といい、この1秒間あたりの動画を構成している静止画の枚数のことをフレームレート（frame rate）といい、単位はfpsであらわす（fpsはエフピーエスと読む）。テレビ放送は30fpsまたは60fpsのものが多く、映画やアニメはフィルム時代の名残りで24fpsのものが多い。（※ 参考文献: 数研出版の『情報の科学』の検定教科書）。ブレーンストーミングの仕方基本 - ※ コンピュータとあまり関係ない話題だが、なぜか高校の検定教科書の範囲。指導要領でも要求されている。 - ※ 令和3年以降、中学の技術家庭科でも扱われる予定です。（※ すでに、教科書会社の公表している令和3年度以降用の教科書紹介webページ（PDFなど）でも、KJ法などを紹介ずみ（2020年5月時点）。）さすがに中学ではプロトタイプ開発までは教えてないが、しかしKJ法などを中学でも教えることになる。 - ※ 高校の公民の政治経済の教科書にも、ブレーンストーミングが掲載されました。理系の知識だと決めつけず、文系の知識もブレーンストーミングできるようになりましょう[7]。 - ※ 情報Iか情報IIか、どちらの範囲かあまりハッキリとしません。日本文教出版『情報I』や東京書籍『情報II』などで紹介されています。そもそも中学でも紹介されてるし。なお、日本文教出版『情報I』P94では、単元「情報デザイン」と関連づけて説明。アイデアを出すための上手い方法で、ブレーンストーミングという方法があります。主に、集団作業のさいの、議論のさいにアイデアを出すための方法として、（ブレーンストーミングは）有名な方法です。もともとは1940年代にアメリカのオズボーンという人によって提唱された方法ですが、現在はさらに色々な人の手によって改良されています。ブレーンストーミングのその方法は、 - アイデアを質を問わず、とにかく沢山、案をだしてもらう。結論については別の段階で決める。 - 制約を設けず[8]、関連性の高そうなもんはどんどん出してもらう。 - 便乗の奨励。他人のアイデアどうしでも、組み合わせる。（つまり、発言者にアイデアを占有させない。）などの方法です。そして、アイデアを出してもらったあと、使えそうなアイデアを組み合わせていきます。つまり、アイデアの選別は、別の段階で行います。また、前提として、かならずしも多くの似たようなアイデアが出たからと言って、正しいワケでもありません。「KJ法」とか「ロジックツリー」とか「コンセプトマップ」など色々な方法がありますが（※ 検定教科書や指導要領でも、それらの方法の名称を紹介している）、それらの方法はすべて、ブレーンストーミング的な考えを実行するための手段です。「KJ法」「ロジックツリー」などの個別の方法の名前よりも重要なこととして、提案されたアイデアは、まず文字に、なるべく箇条書きで書き起すことが挙げられます。また、「誰が言ったか」という事は気にせず、アイデアの中身だけを記述することで、アイデアに便乗し都合の良い部分の流用を奨励していきます。文字として書き起こしをされたなら、あとはそれを編集して、関連性の高そうなものどうしを近くに並べるだけです。その際の並べ方として、なるべく二次元平面的に並べるのが、人間が一目で把握しやすくて便利です。 KJ法とは、アイデアをカードに書いて、そのカードをうまく並べたりして関連性を推察する方法なので、二次元平面的に並べやすいのですが、しかし欠点として昔はこれを手作業でハサミを使って模造紙カードなどを切り抜いたりしてたので、面倒でした。ですが現代では、こういった作業はパソコンで簡単に出きます。（ワープロソフトなどにも、文字を二次元的に配置する機能もあります。その他、ブレーンストーミングの各手法の専用ソフトを開発しているソフト会社もあります。）むかしの模造紙などの方法と違い、現代のパソコン利用の方法ならゴミも出ないので、便利です。 - （※ 範囲外: ）ただし、これらの手法はあくまで、アイデアを出すための方法にすぎません。けっしてアイデアの決定・選別の方法ではないです。 - とにかく多くのアイデアを出してもらってるワケですから、後工程のアイデアの選別の段階で、多くのアイデアが淘汰されます。 - このため、自分の出したアイデアが淘汰されることも、よくあります。 - なので、「もし自分の提案が淘汰されても、恨みっこなし」という心構えが必要です。（世間にはときどき、「自分は多くのアイデアを出したから、その提案が採用されるべきだ」みたいな勘違いをしている人がいる。アイデアの多数決かと勘違いしている？人がいる。） - アイデアを出してもらう段階では、参加者は、ほぼ平等です。しかし、アイデアの選別・決定などは、場合によっては決定権をもつ人だけが限定的に行う場合もあります。（会社の経営会議などを考えれば分かるように、最終的には社長などの決定権者が決める場合もあります。） - イメージ的に言うと、ある家庭の親子が、家庭内の相談のさい、親が、自分の子供にも意見を聞いて、「子供ならでは」の柔軟なアイデアや既存の発想にとらわれないアイデアを聞くようなもんです。子沢山の家庭だろうがアイデアがどんなに多かろうが、最終的には親が決定するように、ブレーンストーミングの決め方は、けっしてアイデアの多数決ではないのです。 - （※ 範囲外）その他、ブレーンストーミングに限った話ではないのですが、チーム作業でアイデアを出すときの常識的なマナーとして、「人格批判をしない」、「相手の弱点を、アイデアの弱点として、すりかえない」という事です。「だからアナタはダメなんだ」とか「アナタのこういうところがダメなんだ」とか「だってアナタは〇〇できないじゃないか」みたいなのを基本的に言わない事と、それを根拠にアイデアを否定しない事が常識です（人物とアイデアを切り離してください）。ブレーンストーミングではそもそもアイデアを選別しないのですが（だからブレストではそもそもアイデアを否定しない）、あとの選別の工程でアイデアの是非を検討する段階になっても、人格批判や弱点へのすり替えはやめましょう。 - 言い負かすことが目的ではないので、本来なら相手の弱点は関係ないはずです。ほかブレーンストーミング関連で、「オズボーンのチェックリスト」、「ブレーンライティング」など東京書籍「情報II」が紹介。 CSVやオープンデータエクセルなど表計算ソフトでよく使われるファイル形式のひとつであるCSV形式について、第一学習社の検定教科書が言及していた（2011年度あたりの版）。これは、いくつもある項目をカンマで区切っただけのデータ形式であるので、構造が比較的に単純である。また、比較的に古くから存在するファイル形式なので、特定の読み取りソフトウェアに依存しづらい。このため、現代でもよく使われる。昨今、話題になっているオープンデータでも、CSVファイル形式で配布されているデータもある。（※ 第一学習社の見解）なお、オープンデータとは、政府や自治体などが公開している、統計などの情報。オープンデータの法的根拠としては、2016年に定められた官民データ活用推進基本法がある、なお、この法律は、役所だけでなく民間企業のもつビッグデータなどのデータについての活用も推進している（※ 数研出版）。 Officeソフトマイクロソフト社のOffice 検定教科書では特定のソフトの使い方をあまり具体的には教えていないが、常識としてマイクロソフト社が開発している - ワープロソフトである「Word」（ワード） - 表計算ソフトである「Excel」（エクセル） - プレゼンテーション・ソフトである「PowerPoint」（パワーポイント）の3ソフトは、存在を把握しておいてもらいたい。なお、Wordは製品名は「Microsoft Word」だが、しかし長いし、Wordだけだと英単語のwordとまぎらわしいので、しばしばMS-Word （エムエス・ワード）などと呼ぶ場合もある。ここでいう「MS」とは micorosoftの略である。あまりExcelを MS-Excel とは言わない。Powerpoint も同様、あまり MS-Powerpoint とは言わない。これら3つは、企業でもよく書類の作成などで使うからか、他の幾つかのソフトとまとめて「Office ソフト」（オフィスソフト）などと呼ばれている。（歴史的には、先行他社である米国IBM（アイビーエム）社がどうこうとか由来があるだろうが、深入りしない。）おそらく、読者も中学校や小学校などで、すでに Office ソフトを使わされているだろうと思う。本セクションでは、このマイクロソフト社のOfficeソフトのセットのことを、とりあえず「Microsoft Ofiice」と呼ぶことにする。なお、正式な商品名は、時代によって違う。 Microsoft Office には上記3ソフトのほかにも、Microsoft Office のデータベースソフトのAccess（アクセス）と、印刷編集ソフトの Publisher （パブリッシャー）があるが、基本的には中学レベルでは高度すぎるのでAccess などは使わないだろう。（発展的な高校の授業なら少しだけ使うかもしれない）対応OSはWindowsだけでなく、マック mac でも Word やExcelを使える mac版Officeがあり、それもマイクロソフト社が正式に販売などしている。ただしmac版では、Access と Publisher は販売されていないかもしれない。表計算ソフトの活用なお、本wikiでは「表計算ソフト」とExcelを呼んでるが、Excelは計算以外にも転用が可能である。例えば、Excelの画面には格子状に四角いマスがいくつもあるので、それを印刷で活用することで、時間割や名簿などの表、運動会などのスケジュール管理表を作ることも可能だ[12]。実際に、企業ではこういった名簿表や何らかの台帳などを作成し印刷するための手段として、Excelを活用することもある。ほかの用途としては、Excelを簡易的なデータベースとして活用することもできる。なお、データベース処理ソフトなどで、タテヨコのマス目の並びのことを「テーブル」といい（※ 開隆堂の見解）、必要に応じて並び替えや検索などをできるものをテーブルと言います。 - ※ 表計算ソフトでは、少し別の意味で「テーブル」と言う言葉を使っている。 - Excelでの計算たとえば、セルC3とセルC4の数値を足した結果をたとえばC5に出力したい場合（両方のセルとも数値が入っているとする）、セルC5をクリックした状態で =C3+C4 と半角英数で入力する。掛け算×と割り算÷はキーボードには無いので、代わりに掛け算には * を使い、割り算には / を使う。引き算は - を使う。 Google スプレッドシートや LibreOffice writerなどでも同様。プレゼン基本 - （※範囲外）「パワポ資料」と言う概念 - PowerPoint や Google スライドなどは「プレゼンテーションソフト」とも言われますが、実際にはプレゼン以外にもパソコン画面用の横長の報告書・資料（パワポ資料、パワポ報告書）などを作るのにも使われます。一般的なパソコン画面が横長なので、横長の報告書はパソコンだと読みやすいのです。 - この事を理解しないと、仕事での「プレゼン」では見当違いのコンテンツを作ってしまいます。 - もし将来の大人になった自分が、上司から「プレゼン」を命じられた時、発表を命じられているのか、それとも資料の作成を命じられているのか、区別しなければいけません。 - 発表をすることを命じられている場合、発表時間に合わせて、スライドの量を調節します。発表時間が短ければ、大幅にスライドの内容をカットします。 - 一方、資料を作る場合、必ずしもスライドの内容をカットする必要はありませんし、むしろカットされては資料の役目を果たさず、不便です。 - ネット上にある啓蒙（けいもう）サイトには、発表スライドと横長資料との区別がついていないサイトも多く、あまりネットが参考になりません。 - 学生のたった5分のプレゼン発表と、30分以上かけてパワポ資料を読者が読み込むのでは、スライドに求められるレイアウトが全く違います。さて、プレゼンテーションソフトを使う際、そもそもプレゼンの仕方を知っている必要があります。読書などとは違い、プレゼンでは聴衆には調べる時間が無いので、プレゼンでは難しい言葉は使わないようにしましょう（※ 東京書籍の「情報II」の検定教科書の見解です）。また、時間に制限があるので、あまり多くの事を伝えられないので、プレゼンでは伝えたいポイントを絞る必要もあります。 - ※ ただし、果たして会社でのプレゼンもそうかは不明。基本的には検定教科書にある説明は、高校や大学など、学校でのクラス人数が40人～100人近くもの学生集団が10分程度の短時間ずつプレゼンすることを前提にしている。 - たとえば大学である学科の4年制で100人の学生がいるなら、1人あたり10分の卒業発布でも、学生が100人いるので合計 1000分になり、つまり約16時間になるので、2～3日にわたって卒業発表することになる。 - 企業の場合、少数の社員が1～2時間のプレゼンをしたりする長いプレゼンもあるので、高校・大学の短時間のスライドではなく、もっと長い文章量のプレゼンが必要になることもある。検定教科書では、プレゼン棒（指示棒）とかレーザーポインタとかプレゼンターを、東京書籍『情報II』が紹介。同社の情報Iでは、レーザーポインタのみ紹介。（※ 開隆堂はプレゼン棒のことを「指示棒」と呼んでいる。）プレゼンの際、聴衆に事前にプレゼンの概要の資料を紙面などで配ることがあるが、その概要の資料をレジュメ（レジメ）やハンドアウトなどと言う（実教出版I）。 KPT - 「良かった点」と「改善点」の収集プレゼンなど発表をした際、または発表前に仲間内でシミュレーションする際など、発表の良かった点・改善点を信頼できる仲間内で評価しあい、今後の改善につなげると、役立ちます（※ 数研出版の副教材の見解）。 ※ 数研出版はここまでしか言ってないのですが、なぜそうすると良いのかwiki側で追加説明します。人によって、良い点ばかり気づく人もいれば、改善点ばかり気づく人もいて、人ごとに片寄りがあります。このため、発表などを評価しあう際、事前に評価シートなどに「良かった点」「改善点」の両方とも記入欄を用意したりすると良いでしょう。世間には、お世辞ばかり言ってロクに発表内容を聞かずに「全部良かったよ」とか言うクソ野郎とか、その逆に発表者が嫌いとかの理由で全部ケチをつけるクソ野郎とかいるので、そういう人を排除するためにも「良い点」「改善点」の両方をします。というか、たぶん数研出版の編集部で、こういうふうに原稿などの「良かった点」「改善点」とかの相互評価をしているのでしょう。 - （※範囲外）KPT法「KPT法」（ケプトほう）というビジネス手法があります（KPIとは異なる）。Keep、Problem、Tryの略です。良かった点は、今後も続けて欲しいので Keep （継続する点）、改善点は問題点なのでProblem（問題点）、そして、KeepとProblemをもとに今後に挑戦すること（Try）を決める、という手法です。ネット上ではKPT法とアンケートを関連づけてる記事は特にないのですが、しかし上述のように、アンケートで「良かった点」・「悪かった点」を最初から記入欄を設けることにより、アンケート収集者はKPTを自然に実践できるでしょう。アンケートでは、KeepとProblemだけで十分だと思います。上記の数研出版のアンケート例でも、良かった点（Keep）と改善点（Problem）しか自由記述欄が無いし。なお、Problemのアンケート結果で問題点の報告が集まったら、それをもとに、本質的に解決すべき課題を決める必要があり、この今後の課題のことをイシュー isuue と言います。読者がもしToDoリストを知ってれば、このissue解決も、ToDoリスト上の解決すべきタスクに加えます。そして、チーム開発をしているなら、issueを開発チーム内に報告して、情報を共有します。 Keepのアンケート結果は、今後の仕様とするかどうかを決めます。仕様とすると決まった場合は、それを社内のその製品の開発マニュアルなどのチェックリストに入れて、確実に今後も長所が反映されるようにします。[13] アンケート回答者にProblemを書かせる際の注意として、改善策まで書かせないことです。改善策があると、別の工程（Try）が混ざってしまっているので、かえって分離の手間が増えてしまうので、収集側にとっては非効率になってしまうからです。改善策については、収集者の側で Try として考えます。そのため、「悪かった点」「問題点」などのような記入欄の題名にするなど、あえて否定的な表現の題名にすると良いでしょう。アウトライン WordやPowerPoint にはアウトラインという機能があって、見出しを設定しておくと、見出しの一覧を画面の左側などに表示できる機能がある。プレゼンではアウトラインを表示しておくと便利だというのが、東京書籍『情報II』のアドバイス。 - ※ なお、アウトラインについては、高校「情報」科では「構造化」の単元でも紹介される。 GoogleのOfficeソフト風アプリほか、2020年以降の近年では、グーグル社が、ネットワーク上で使える Office ソフト的なwebアプリとして、 Google Workspace を出しており、ワープロソストの Google 「ドキュメント」、表計算ソフトの「スプレッドシート」、プレゼンテーション・ソフトのGoogle 「スライド」、などがある。Googleのこれらのサービスはwebアプリなので、ネットワークを介した転送などは Google のサービス内なら手軽であったりするが、当然ではあるがインターネット環境が無いと使えない。なお、別にグーグル専用の携帯パソコンの Chromebook（クロームブック）でなくとも、つまり例えば Windowsのインストールされた普通のパソコンでも、グーグルのサイトにアクセスして登録さえずれば上記の Google「ドキュメント」や Google「スプレッドシート」などのサービスは使える。 - ※ 検定教科書では紹介されないが、すでに公立高校などでもGoogle Workspaceの採用実績がある[15]。なお、Google ドキュメントなど一部のアプリには「提案モード」と言うのがあり、もとのファイルを変更せずに、つまり生徒側からのファイルを変更せずに、共同作業者（この場合は教員）からの提案を表示できる機能です[16]。オンライン学習時などでは、生徒のICT作業を見た教員から、何か改善案などを生徒に提案をする場合に提案モードをもちいて提案される場合もあるので、参考に。 LibreOffice 現代ではMiceorosft Offce と似たような機能をもつ他社製品もある。たとえば、Linuxなどで使われる無料ソフトの LibreOffice （ロブレオフィス）に含まれる、ワープロソフトのWriter、表計算ソフトの Calc、プレゼンテーションソフトの impress がある。なお、無料ではあるが、権利などで使用条件などがあるので、決して完全な自由ではない。無料であるメリットのほかにも、ソースコードが公開されているので、高度な技術者にとってはソフトウェアの研究・開発にも都合がいいが、しかし高校レベルを大幅に超えるので、説明は省略する。いわゆるフリーソフトであるが、財源はLinuxなどのオープンソースOSなどを開発・利用している、オープンソース陣営の企業群などからの寄付であったりする。ただし、Microsoft Offce と LibreOffice はあくまで別の制作者の作っている別ソフトなので、細かな操作などは異なる。また、基本的には非オンライン上で使うことを前提に libreOffice は設計されているので、ネットワークを介してチーム内で共同編集しながら書類を作るのに使うのには初心者レベルでは難しく（基本的には無理）、あまり不具合サポートに積極的ではない（基本的にはユーザーによる自己解決が求められる方針なので）という性質もあり、多くの小中高では LibreOffce は使わないかもしれない。教育用クラウド概要 - ※ 検定教科書には無いですが、すでに公立中学・公立高校などにも導入され始めています。世界的なものだと、Google Classroom というのがあります。日本企業のサービスでは、「まなBOX」やロイロノートなどの教育用クラウドがあります。ネット状況などさて、端末だけはChromebookやi-padなどが普及しましたが、しかしそれを全校生徒の数百名とかが一斉に学校で使うことは困難です。なぜなら、学校側のwi-fi 通信には容量制限があるからです。また、クラウドではインターネット通信もする場合があるので、学外のネットワークへの影響もあります[17]。学内ネットワークだけをどんなに投資しても解決しません。現実的には、時間を分けて1クラス30～40名ずつ、通信を使うことになると思います。特に、動画などの大容量のファイルを通信する際、通信容量などの問題に直面します。こういったネットワーク事情の限界もあるので、ネットワークを介さずに校内の視聴覚機器で動画視聴することも、今後もあるでしょう。ひとつのサーバーに同時に大量のアクセスが行われることをアクセス集中といい、たとえ悪意が無くてもサーバーがつながらりづらくなってしまう原因になります（数研 P31（索引には無い））。アクセス集中による不具合は、パソコンだけでなく、電話などでも起こりうるので、気をつけましょう（数研）。学校内にかぎらず、動画などのデータ量の大きなファイルをいっせいに送信またはいっせいに受信するようなことは、アクセス集中を引き起こすので、してはいけません（数研出版）。例えば、年明けに「明けましておめでとう」と一斉にメールや電話や投稿コメントをしたりなどでも、アクセス集中を引き起こす場合もあるので（※ 数研）、国民の祝日や国民行事などの際は、気をつけましょう。なお、意図的に特定サーバーや特定サイトにアクセス集中することは、攻撃行為にあたり、DoS攻撃（ドスこうげき）またはDDoS攻撃（ディードスこうげき）と言われる行為なので、してはいけません。 - DoS とは Denial of Service attack の略です。DDoSとは Distributed DOS の略です。もし生徒全員参加でビデオ会議（ZOOMやMeetなど）とかで授業をして生徒の端末からのビデオ撮影動画を受け付けてしまうと、回線が多数の生徒からの動画データで圧迫してしまい、授業が止まってしまいます[18]。なので、どうしても遠隔授業に参加するなら、学生側はビデオ会議では動画送信せず（教員の動画を受信するだけ）、チャットで回答や質問などをしましょう。ほか、一見すると教育用クラウドはデータベースには見えないが、しかし少なくとも光村図書（小学校国語などの教科書会社）の提供する教育用クラウドは裏でデータベースのSQLなどのシステムを活用している[32]。 ※ なのでクラウドに関心ある高校生は、データベースの勉強もしよう。教育クラウドのデータベースの件の裏取りができました。総務省が教科書会社に、教科書会社の垣根を超えた共通基盤の構築のために、各教科書会社にデータベース化を要望しています[33][34]。ついでに、次のことを教育したい。データベース化の際のコツとして、所属の組織（学校や市町村）ではなく最小単位（人物など）を基本IDとして管理するのがコツです。総務省の学習データベース共通基盤にも、下記のような文言があります。コツである理由はあとで説明します。 3.1.4.1 データ管理機能学習データは学習者単位、データ提供元単位で管理されていること。では、なぜこう学習者単位で管理すると効率的なのか、説明します。もし、学級ベースで「1年6組の山田くん」みたいにシステム構築してしまうと、たとえば、もし進級でクラスが変わる際、部活はそのままなのにクラスが進級で変わったせいで部活までもシステム構築のやり直しの手間が大幅に発生し、二度手間・三度手間です。あるいは、もし学校ベースでシステム構築してしまうと、転校などの際、生徒のデータを業者が入力しなおしの羽目になり、とても面倒です。このように、学級や学校といった所属先は、月日の経過によって変わる可能性があります。なので、絶対に変わらない、個人の存在そのものをベースにして、人間を扱うシステムは構築する必要があるのです。たとえば - 個人番号〇〇、氏名：山田ナントカさん、所属学校ID：△△番、学年：1年、クラス：6組みたいに、人間を扱うデータベースは個人ベースでシステム設計しないと、所属先の変更のたびに、作り直しの羽目になってしまうのです。なので、個人のIDで紐づけ（ひもづけ）したデータベースを設計する必要があります。学校のシステム設計なら、生徒個人のIDで紐づけする仕組みのデータベースを設計することになります。情報処理学会の高校生向け動画で、ちょうど似たような話をしていました。情報処理学会『3. データベース (1) データベースとは（情報通信ネットワークとデータの活用）情報処理学会 IPSJ MOOC』（6分00秒ごろ）情報処理学会の動画でも触れられているのですが、前提としてデータベースはサーバで管理する必要があります。つまり、けっして一般のソフトみたいに一人ひとりのパソコンにインストールはしません。たとえば、学校の生徒データベースなら、1つのサーバーに、それぞれの先生や部活の顧問や保健室の先生などがアクセスできるようにしないといけません。もし、そうしなかった場合、つまり仮に先生一人ひとりや顧問一人ひとりに別々のデータベースを与えると、たとえば、もしある生徒が転校したとき、担任先生のデータベースだけを変えても、他の先生や顧問などのデータベースはそのままなので、せっかくデータベースソフトを導入した意味ありません。（情報処理学会の動画でそういう例を出している。） - 特定の場所以外からのアクセス制限教育クラウドの専用回線については、特定の場所以外からは教育クラウドはアクセスできないようになっていたりといったセキュリティ設定もされている場合もあります『総務省令和4年度学外教育データ連携に係る実証事業』,P.19。さらに、場所によってアクセス権を変える、と言った事も、共通基盤クラウドでは可能です[36]。おそらく、学校や教育委員会以外のある場所以外からはアクセスできないとか、あるいは加えて生徒の自宅以外からはアクセスできないとか、・・・そういった事でしょう。正直、SNSやら動画サイトなど一般のwebサービスなどでは、そこまでのセキュリティは要求されません。パスワードとIDさえ正しく入力すればログインできるのが、一般的なwebサービスのセキュリティです。ですが、専用回線レベルの場合の教育クラウドは、娯楽などとは目的が違います。教育がクラウド化する理由は、学校ごとのソフトウェア環境のバラツキを減らすなどして自治体（市町村や県など）全体で教育を効率化したい、とかが目的です。あるいは、関係者のチーム全体で、情報の共有やノウハウの共有などが目的です。あるいは、生徒のデータを教育委員会とか進学先とかに送るので、今時はネットも活用してデータを送るので、だったら最初からネット上で生徒の活動を記録するのが手っ取り早いとか、そういうのが教育クラウド化の一因でもあるでしょう。たとえばSNSなどの娯楽だと、携帯スマホからでも自宅からでも学校や会社からでもSNSにアクセスできたりしてますが、そんな娯楽とは、教育クラウドは目的が違います。世の中の実態、裏側はこうです。なお、企業などでは、費用の限界で、多くの企業では、特定場所からのアクセスしか認めないといった制限はできないのが現状です。活用事例 Chromebooksやタブレット端末などの端末の、カメラ機能のほうも割と重要です。体育の授業や運動部などで、フォームを友達などに撮影してもらって、それを見てプロの手本と比べて改善をする、・・・なんていう利用法もされています[37][38]。なお、総務省もこのようなタブレットなどのカメラを体育で使う用途を把握しています[39]。なので、タブレットなどの普及は、これはこれで価値があります。 Google FormsやMicrosoft Formsなどアンケートアプリを、教員と生徒のあいだのメールのように連絡に使う用途もある[40]。アンケートはもともと匿名性が高いものだし、なのでアンケートアプリも他人に見られづらいように設計されているので、メール的に秘密の連絡をするのにも使えるというワケ。いじめの相談・報告や、その他の悩み相談などで、メールのほかに、こういうクラウドを使うという経路も、現代ではある。今時の小中学生だと、メールよりもアンケートアプリのほうが使い慣れている可能性もありそう。毎朝の保護者からの生徒の欠席連絡を、アンケートフォームで行う手法も小中高で普及しており、すでに文科省がそれ用のフォームの雛形を作成してネット公開している[41]。アンケートとは別の方法でメールの代用にする方法もある。それは、小テスト用のアプリを、秘密のメールとして活用するテクニックである[42]。小テストはもともと他の生徒に見せてはいけない・見てはいけない（見たらカンニング）ものなので、メールと同様に秘密の通信に都合がいいというワケ。教育用クラウドを作っている日本企業の教育用webクラウドで、クラウド上で小テストや宿題・課題などを作れるサービスをしている日本企業もあるので、そのサービスを使ってメール利用している学校もすでにある[43]。 - 社内専用SNS ツイッター（現在はX（エックス））とかSNSはすでに存在しているが、ツイッターだと全世界に情報発信するのが基本設計なので、「学校内だけで情報共有したい」みたいな目的には向かない。そこで、企業内だけで情報共有する限定的なビジネス用SNSというかオフィス用SNSを開発して運営しているIT企業も、現在では存在している。日本企業でもそういった限定的なSNS企業があり、たとえばTalknote（企業名）などがある。このビジネス向けの限定的なSNSがすでに一部の中学・高校でも利用されており、教員用の指導書などで報告されている[44]。なお、LINEでも似たような運用ができる[45]。ただしtalknoteは有料らしい。ほかの企業の学校SNSサービスとしては、cubercampus と言うのもあります[46]。ネット検索すると別企業のものが多く出てきて紛らわしいので、本ページでは特別にリンクを張ります。『CYBER CAMPUS \| CYBER CAMPUSはすべての先生と生徒のコミュニケーションを自由に変える。まったく新しい安全な教育ツールです｡』 cyber campus は有料です。cyber campus も運営企業が公式にSNS機能を宣言しています[47]。ほか、書籍によると、『まなびポケット』をSNS的に使える可能性があるらしいです[48]。特定の企業名までは覚えなくていいが、現代ではSNSはツイッターのmixi（ミクシイ）だのよりも、さらに先にまで進んでいることを知ろう。日経の技術情報サイト『日経クロステック』にも、すでにTalknote などの組織内SNS は知られている[49]。教員側からすると、出会い系サイトだの外部のヘンなサイトに、生徒が接続させないようにできるので、利点がある。[50] オンライン会議・ビデオ会議のアプリとしては、Google Meet や Zoom や Microsoft Teams などがあります。オンライン授業もこれらのツールで一般的には可能です[51]。ネット上にデータ保存するオンラインのストレージには、Google ドライブや Microsoft OneDrive などがあります[52]。これらのサービスの呼び名については、ネット検索で確認したところ、「オンラインストレージサービス」とか「クラウドストレージサービス」などと呼ばれています。なお、Google ドライブにも、マイクロソフトなど他社のアプリのファイルを入れることは可能です[53]。GoogleドライブやOneDriveは、USBメモリや外付けハードディスクのように、単なるファイルの保管庫でしかありません。ただし、GoogleやMicorsoftなどの管理者が検閲しており、アメリカの法律で違法な内容のあるファイルは削除されることがあります。 - ※ 検定教科書でも、企業名は伏せていますが、実教出版が、外資系のクラウドには日本以外の法律が適用されるので、外国法によって法律違反になることもあると言及。また、クラウドといっても完全には安全ではないので（サーバー側の事故とか）、バックアップを定期的にクラウド以外の場所にとっておく必要などもある（※実教出版の見解）。なお、Microsoft Word のファイルをGoogle ドキュメントで開くなども可能ですが、レイアウトが多少は崩れる場合もあります[54]。これはGoogleに限ったことではなく、たとえばLibreOfficeとMicrosoft wordでもレイアウトが崩れます。一般に、どこのIT会社も、別会社のアプリのファイルまでは動作保証はしません。 IT企業が親切心で他社のファイルを開いて読み込みできるように最低限の互換性を確保しているだけなので、レイアウトまでは保証されません。上記以外にもオンライン・クラウドのストレージサービスは多くありますが（たとえばDropboxなど）、しかし生徒がGoogle Classroom または Microsoft 365 などにアクセスしているのに、わざわざ他社のストレージを使う必要は無いでしょう。なお、Google Workspace や Google Classroom 、または Microsoft 365 のような、チーム作業をする際に必要になりそうなツールを一つのアカウントで扱えるクラウドサービスのことを「グループウェア」と言います。なお、日本企業が教育クラウドのサービスを色々と作っていますが、その際にいちいちIDやパスワードを作らなくてもGoogleアカウントなど大手SNSアカウントや大手スマホ用アカウントなどで新規アカウント登録及びログインできるシステムだったりしますが、このような大手の他社のアカウントでログインできる仕組みは、シングルサインオン(SSO)という技術の一種です[55]。べつに教育産業に限らず、たとえば動画サイト（たとえばニコニコ動画）などでもログイン時に、ツイッターアカウントでログインできたり、Facebookアカウントでログインできたり、LINEでログインできたりしますが、そういうのは特にソーシャルログインと言いますただし、さすがに教育用クラウドのような厳重なセキュリティなどの要求される環境で、ツイッターなどSNSなどのアカウントでのログインは無いだろうと思います。なので、教育クラウドはソーシャルログインではないと思います。より一般的な概念として、SNS連携にかぎらず、一つのログインで、複数のwebサービスと連携できるシステムのことを「シングルサインオン」と言います[56]。ここら辺の分類は、新しい分野なので、論者によって果たしてソーシャルログインがシングルサインオンに分類されるのかどうか、微妙に異なっています。なので、細かい分類を暗記する必要はありません。グループウェアも、シングルサインオンの一種のようなものと考える企業や人もいます住友電工情報システム『他システム連携やグループウェア連携も可能ワークフロー楽々WorkflowII』。都道府県の教育委員会などの「学習eポータル」により各種のデジタル教材にアクセスできるシステムも、シングルサインオンの実用例の一つです[57][58]。 - クラウド型の授業支援システム LMS - ※ 情報IIの検定教科書の範囲。実教出版および日本文教出版が紹介。 - ※ 企業名は覚えなくていい。検定教科書にも企業名は無い。日本の大学では、manaba （マナバ）やMoodle（ムードル）やcanvas LMS などのクラウド型の授業支援システム（LMS）が普及している。なお、manabaを開発したのは日本企業。詳しくは w:manaba を参照せよ。 Moodle および canvas LMS はオープンソース。なお、大学での履修登録システムとはLMSは別物なので、混同しないように。検定教科書では、大学に限らず、小中高でも教材の配信や課題の提出、学習履歴の管理や出席や成績の管理といった学習管理のシステム一般のことを「LMS」（Learning Management System）と呼んでいる（※実教出版の見解）。（※日本文教出版は大学のLMSに言及している）実教出版いわく、「学習管理システム」と和訳。オンライン学習動画や、オンラインミーティングの普及や発展をしたことにより、（指導者は必要だが）学校以外の場所でも学べる状況も登場している。 - ほか webサイト代わりにGoogleドキュメントやGoogleスライドを使う方法については、同時に限定公開する人数が100ユーザーまでに限られる。なので、それ以上を超えた人数に公開したい場合は、リンクを知っている人全員に一般公開する必要がある。この場合、リンクを知っていれば誰でも見れてしまうので、個人情報などは書いてはいけない[59]。このため、（お住まいの地域が過疎地でないとして）全校規模の集会（生徒総会など）の資料などは、webサイトとして公開せざるを得ない[60]。その他の教育内容情報I 情報デザインの「抽象化・可視化・構造化」 ※東京書籍、第一学習社など ※ 用語を覚えるより、それが実行できるようになるほうが大事。「抽象化」とはピクトグラムとか（※東書、第一）、パソコンのアイコン（東京書籍の見解）みたいなの。ここでいう「可視化」というのは、要するに棒グラフでも円グラフでも何でもいいから、一目でわかるようにしろ、と言う意味。待ち行列が、実教、第一、数研、日本文教の情報I教科書にある。なお、実教の『情報I Python』の待ち行列の単元には、フィードバック線図がある（ただし図のみで、名称は紹介されていない。図の見方も説明されてない）。さすがにラプラス変換や微分方程式は無い。別のページ P.27 で、その待ち行列のフィードバック線図を「データフロー図」と実教出版『情報I Python』では呼んでいる。アクセシビリティとか高齢者とか弱者でも使いやすいようにするのが「アクセシビリティ」。正直、ユニバーサルデザインとの違いが分かりづらい。実際、東京書籍はユニバーサルデザインの節のなかで「アクセシビリティ」を紹介。「ユーザビリティ」とは、特にそういった特別な条件はなく、漠然と「使いやすさ」と言う意味。情報Iの検定教科書で次の教育を確認データベースの横一列の一件分がレコード。データベースの縦一列がフィールド。なお、日本語の都合だが、「行」とは横一列の並びのこと。縦の並びには、日本語では「行」は使わない。状態遷移図を、日本文教出版、実教出版。実教出版はさらに状態遷移表もある。オープンデータはCSVだと実教出版半角カンマが区切り文字。行末に \r\n である。色相環とか補色とか、実教出版および第一学習社は本文で、東京書籍は巻末資料で。色相 Hue, 明度 Brightness、再度 Sturation と言った英訳を第一学習社が紹介。理由までは紹介してないが、画像ソフトでHSBを使う。「デバイスドライバ」という単語 ※第一アプリケーションの和訳である「応用ソフトウェア」 ※東京書籍、第一さすがに今時、応用ソフトウェアという事例は少ない。だからか、第一は太線にしていない。論理素子について、東京書籍が、ICの中の論理回路（GNDとか）。第一学習社が、リレーや真空管やトランジスタとかVLSI。 - 進行管理の手法ガントチャートは高校の範囲です。※ 東京書籍、第一学習 PERT図 ※東京書籍、第一学習社ロジックツリー ※第一、「機密性・完全性・可用性」 ※第一、マルウェア、ランサムウェア、ワーム、トロイの木馬、など ※第一テクノストレス、デジタルデバイド、 ※第一自動運転と「トロッコ問題」 ※第一機械学習 Society5.0という日本政府の標語。 ※第一無線のアクセスポイントとかwi-fiとか無線LAnとか。第一学習社アブストラクトは高校の範囲です。第一学習社実教出版も、「要約」という語句で、論文の構成を説明している。「アブストラクト」とは、論文の冒頭にある要約の英訳なので。なお論文の場合、最後に文献表を忘れないように。※実教出版乱数は情報科学でも扱う。（なお、すでに中学数学の統計で乱数を習ってる）東京書籍 KJ法とか習うけど、書きたくない。興味ない。 POSシステムとか載ってる。すでに社会科とかで説明済みなので省略したい。住民基本台帳システムは2023年の現在も稼働中。（※ 開隆堂が住民基本台帳システムを紹介している）廃止されたのはカード（住民基本台帳カード）のほう。カードがマイナンバーカードに置き換わっただけで、サーバなどのシステムは改修はあるだろうが現役。 IPアドレスやらパケットなどの用語は中学で説明済みのはず。高校では TCP／IP などのプロトコル名を習う（開隆堂）。モンテカルロ法による円周率の計算。※ 開隆堂、実教出版モンテカルロ法とは、要するに、乱数を使ってのシミュレーション。1回だけだと精度不足なので、せめて10回くらいはシミュレーションすべき（※開隆堂）。「ノイマン型コンピュータ」とか開隆堂に書いてあった。だけど、現代、そんな言葉を使う機会は少ない。「5W1H」とか、開隆堂。「問題解決」というときの「問題」とは、目標と現実との差（ギャップ）。そして課題とは、ギャップを最小化するために行うべき事。（開隆堂）ピクトグラムとか。非常口マークなどのこと。ユーザビリティやアクセシビリティなどの用語。色覚障害者の話がある。（開隆堂）細かな色覚障害のタイプまでは教えていない。第一学習社が、色の単元で、背景と文字は明度を変えたほうが良いと言っている。理由までは第一学習社は説明していないが、この明度差をつける方法は、色覚障害者への対応にも有効である。フォントの、プロポーショナルフォントとか仮想ボックスとか、東京書籍が巻末資料で扱っている。ほか、第一学習社が「プロポーショナルフォント」を本文中で紹介。さすがに第一は仮想ボックスまでは紹介していない。開隆堂も「プロポーショナルフォント」および「等幅フォント」を紹介している。一般的に和文フォントは等幅（とうはば）フォントであり、欧文フォントはプロポーショナルフォントであることが多い。たとえばプロポーショナルフォントだと「Wiki」のiの幅がWよりも狭くなる。なお、見出しはゴシック体、本文は明朝体を使うことが多い（※ 東京書籍、第一学習社の見解）。フォントについては、さらにラスターとベクターの区別があって、拡大すると形が粗く見える「ビットマップフォント」と、拡大しても劣化しない「アウトラインフォント」がある。 ※ ただ、ラスターとベクターは別単元なので、開隆堂では「ラスター」「ベクター」などの語ではフォントを説明していない。なお、EPS, PDF, SVG などがベクター形式（開隆堂）。「フェルミ推定」を開隆堂。統計の単元っぽいアレ。東京書籍Iで、緊急地震速報 e-Tax エストニアの電子政府 ※マイナンバーと関連づけて説明しようか？ VDT障害、テクノストレス、ネット依存など。（東京書籍 I）開隆堂も「テクノストレス」あり。保健体育とかでも教えそう。クラウドファンディング、アラブの春、QRコード（東京書籍I） QRコードは、実教Iにもあり。チューリングテスト（東I）フールプルーフ、フォールトトレランス、フェイルセーフなど、開隆堂I や東京書籍II 設計に必要な考えではあるが、説明が難しい・・・・フェイルセーフとは、事故や障害が起きた時に安全側に制御すること（東京書籍）。安全な状態で停止することもある（開隆堂）。東京書籍では、フェイルセーフの例として、最近の石油ストーブ・電気ストーブは、倒れたり衝撃があると自動的に止まる、というのを例にあげている。また、鉄道の踏切（ふみきり）は、異常があると、自重で遮断機が下がる仕組みになっており、これもフェイルセーフである（東京書籍）。最近の水道の蛇口は、ツマミが下に下がると水が止まるのをあげている。（これにより、人が倒れたりしたときは水が止まる。もっとも、すでに倒れているので、安全と言えるかどうかは分かりづらいが。）フールプルーフは、人間の誤操作を未然に防ぐ仕組み、または人間の誤操作による悪影響を構造の工夫によって無くす仕組み。たとえば、電池を入れる電池ボックスは、電池の向きを間違えて入れた場合、電極に電池が接触しないような構造になっており、これがフールプルーフの例（※東京書籍 I）。フェイルソフト、フォールトアボイダンス、もある。 3Dに関して、3Dプリンタとか、プロジェクションマッピングとか、※第一『情報I』、東京書籍『情報II』東京書籍「データを地図上に可視化する」東京書籍『情報II』で、3DCGソフトのブール演算の概念。「マグカップを作りたい」という3D-CAD的な使い方。3Dプリンタとの連携。 MMDで3Dアニメ。MMDのフリー素材のこと。マイコンボード Processing を例に、シリアル通信や、初歩のプログラミング、 openCVで顔検出とARしている（東京書籍『情報II』）。顔検出はあらかじめopenCVではクラスで用意されているっぽい。「交絡因子」は基本的には情報IIの範囲。ただし、数研が情報Iで紹介している。用語は出してないが実教が、『相関が強い場合でも、そこに因果関係があるとは限らない』。東京書籍が、『かき氷の売り上げと気温に関係があり、気温と熱中症患者数に関係あるからといって、「かき氷の売り上げが増加すると、熱中症患者数が増加する」とは言えない』。そもそも近似直線を書いてない教科書が多い。なお、開隆堂と実教出版と東京書籍に近似直線がある。開隆堂は「回帰直線」の呼び方。最小二乗法は情報Iiだが、実教が情報Iで。「残差」も同様 python の print() など、ああいう関数の呼び方は「組み込み関数」と検定教科書では呼んでいる。 ※日本文教出版なお、ユーザーが自分で定義する関数は「ユーザ定義関数」と呼んでいる。※日本文教出版プログラミング言語は、」難しい教科書で有名な第一学習社ですら、エクセルのVBA。 VBAだとIF文の教育で「AND」とか「OR」とかの英単語で教えられるので、所学者には分かりやすい。 pythonを採用している日本文教出版では、IF文のAND演算とかOR演算の紹介を諦めてるっぽい。（なかなか見つからない。）ブラウザの「クッキー」について、開隆堂と数研の「情報I」情報IIの話題回帰分析、単回帰分析、重回帰分析などの用語。「説明変数」と「目的変数」の区別。（※ 東京書籍、日本文教出版など）正直、「『説明変数』とかの語って必要か？」って思うので、書く気がしない。だって数学とか物理学とか機械工学・電気工学で使わないじゃん・・・。実教出版の情報I・IIは「説明変数」「目的変数」は未紹介、ガン無視。機械学習 - ※ データベースの単元の近くに置こうか？機械学習の「教師あり学習」（supervised learning）と「教師なし学習」（unsupervised learning）。（※ 東京書籍、日本文教出版、実教出版の『情報II』。実教のみ英訳あり）日本文教出版のほうが詳しく、「教師あり学習」ではパラメータの調整を行っているとか、「訓練データ」の語とかある。「教師あり学習」は、あらかじめ与えられる正解のデータ（訓練データ）があるので、こう呼ばれる。日本文教出版いわく、「教師なし学習」は正解あるいはそれに近い値を予測するものではなく、クラスタリングのようにデータの特徴をとらえグループ分けして分類するようなものに使われる。実教出版『情報II』いわく、クラスタリングのほか、「次元削減」「異常検知」にも、「教師なし学習」は使えるとのこと。その他いろいろ情報システムにおける「要件定義」とは、開発しようしているシステムに求められる性能や機能を明確化すること。「要求定義」と言うこともある（※実教出版）。要件定義の際、明確化された要件を書類に残すのが、まともな仕事である（※日本文教出版の見解）。情報システムを可視化する際、情報Iでも習った状態遷移図のほか、シーケンス図やユースケース図や（※東京書籍、日文）、アクティビティ図（※東京書籍）といった別の表現法もある。「外部設計」と「内部設計」とか、なんかの検定教科書にある。（日本文教出版 II）なお、外部設計を先に行い、外部設計とは画面の仕様など、ユーザーに見える部分の仕様のこと。順序としては、外部設計→内部設計の順が一般的（※実教 II）。外部設計を決めた後、ユーザーからは直接は見えないところに仕様をプログラミングの視点で決める「内部設計」を行うのが一般的。そして、外部設計を記録した外部設計書を残すこと。内部設計を記録した内部設計書を残すこと。（※日本文教出版、実教とも、両社ともその見解。）（※ 教科書の範囲外）でもそれよりも、実際のプログラミング教育実践した高校教師の勉強会の報告動画によると、設計書が無いと実務では生徒のコードを採点とか指導できないとのこと。ほら、生徒に簡易的なゲームとかアプリを好きに作らせると、1クラス40人ぶんのオリジナルゲームのコードを教員が短期間で読解しないといけないから、よって設計書らしき書類が必要になるんですよ。なので、アプリの概要の説明を2～3行と、コードとその解説書を、教師が欲しいとのこと。加えて、ワード文書とかの左右２段組でもいいが、あるいは表の2列でもいいが、ページの左側にコード（※ コピペで良い）、右側に解説、という書式の解説書が欲しいとのこと。その書類の名前は不明、教師のために生徒が書く書類をなんていうのか知らない。動画の教師は「設計書」と呼んでいるが、一般の技術書には無い話題なので、もしかしたら呼び方は違うかもしれない。まあ、呼び方は何であれ、高校生さんはその書類を書いてあげなさい。大変なんですよ、他人のコードを解説文なしで読むのって。しかも最低でも1クラスの約40人分を1週間以内に。だからコードの解説書類を書類を書いてあげて。なお、外部設計は「基本設計」（※日本文教出版）とも「概要設計」（※実教）ともいう。内部設計は「詳細設計」ともいう（※日本文教出版、実教）。メディアミックスとクロスメディアの違いとか、東京書籍や日本文教出版が。正直、あまり情報科学には関係ない。「プロトタイプ」は情報II。ただし、動画サイトなどで授業実践の報告を見てみると、どうも情報Iで「プロトタイプ」の語が既成事実化してるっぽい。ペルソナ法とか構造化シナリオ法とか。そもそも「構造化」が情報Iなので、必然的に構造化シナリオ法はそれより後回しになる。 1949年のEDSACとかの歴史。ARPANETも。 Society5.0なんて日本政府の標語に過ぎない。まあ、情報Iにもあるかもしれないけど、情報科学ではないので後回しで良い。「エキスパートシステム」なんて昭和の用語、令和の現代では使わない。 - プログラミング用語引数、戻り値（※東京書籍）統合開発環境のことの IDE（※東京書籍『情報II』）とかIDLE（※実教『情報II』）とか「予約語」が実教『情報I』にある。 - テストとデバッグ単体テストと結合テストとシステムテスト、運用テスト ※ 日本文教出版ホワイトボックステストとかブラックボックステストまで教えている ※日本文教出版メモリダンプデバッガとはデバッグツールのこと計算量のＯ記法（オーきほう）とか。たとえば二分宅がＯ(log n) みたいなヤツ。 ※日本文教出版ニューラルネットワークでパーセプトロンとかあったが（※日本文教出版）、高校生に使いこなせるだろうか・・・なお、東京書籍が、深層学習にニューラルネットワークが関係していると「情報II」で紹介。同じページで東京書籍はナイチンゲールのバラのグラフ（患者の死者数の内訳をグラフ化したらバラの花みたいな形になった奴）。ナイチンゲールのグラフは情報Iの東京書籍の教科書にもある。なお、高校の世界史の教科書では意外にもナイチンゲールが出てこないのが基本。偉人伝とかには定番で出てくる人物であるが。「高校生なら教養としてナイチンゲールくらい知っとけや」という東京書籍からのメッセージだろう。「エコーチェンバー」とか「サイバーカスケード」とか、実教出版の情報IIでも。まあ、すでに「公共」とかで習ってるだろう。データ形式にはCSVのほかXMLとかJSONとかもあると、実教出版『情報II』。政府統計のポータルサイト e-Stat 欠損値のパターンで、MCARとかMARとかMNARとか東京書籍『情報II』が紹介。むずかしい・・・。ステルスマーケティングとか東京書籍『情報II』が紹介。まあ、「公共」とかでも触れられるかもしれないが。「二要素認証」とか「二段階認証」とか。二要素認証ってのは、たとえばIDとパスワードをログイン画面で認証させるやつ。二段階認証ってのは、たとえばIDとパスワードの入力後、さらにEメールなどに送られる認証コードが求められるヤツ。（数研や第一学習社）なお、暗証番号のことを英語で「PIN」（ピン、Personal Identification Number[61]）と言い、本来なら数字のみで構成されるパスワードのことである。（※ 数研と東京書籍『情報II』が英語全部も含めて紹介。） - ※ 実際にはシステムによっては半角英数がPINで使える場合もある。おそらく文字コードの問題のため、半角英数以外を除外していると思われる。生体認証（「バイオメトリクス」（biometrics）認証ともいう）もいろんな検定教科書が紹介しているが、いまいち普及してないので書く気が無い。（※数研が「バイオメトリクス」で呼んでいる。）生体認証には、静脈（じょうみゃく）認証や、指紋認証、顔認証（※ 数研出版）や虹彩（こうさい）認証（※ 日本文教出版）などがある（※ 日本文教出版、数研出版、東京書籍、、、）。「5G」とか検定教科書では紹介しているけど、実際はまだまだ4Gの時代。仮想通貨（暗号資産）とブロックチェーンとP2Pについて。※実教と東京書籍実教はブロックのハッシュ値について言及。「ハッシュ値」は名称のみ紹介。日本文教出版の教科書に「モジュール強度」や「モジュール結合度」とかあったけど、他社教科書にはない（実教にも東京書籍にもない）。「ジャクソン法」とかも同様。 - 検定について ※日本文教出版が情報Iで t検定やχ（カイ）二乗検定。 ※実教が情報IでZ検定、両側検定、片側検定、棄却値、棄却域、有意水準5%など。実教が情報Iで「95%信頼区間」および「99%信頼区間」とZ値、情報IIで、「95%の信頼区間」、t検定の両側検定・片側検定に加えてp値など。はっきり言おう。検定の数学理論は少し間違っている。あれでは品質検査できない。たとえば、スーパーマーケットで買ったお米が「5kg」（5000g）と製品が明言してて、家で実際に測定したら、4999.5 g だった。これは詐欺だろうか？もちろん、常識的に考えて、んなわけない。一方、もし4000gだったら、これは詐欺だろう。その境目はどこにあるだろう。悪気が無い限り、「5kg」の商品にもバラツキがあって、5001.2gの場合もあれば、4998.3gの場合もあるだろうし、人間の目ではそこまで判断できない。機械なら判断がつくかもしれないが、その機械はそもそも正しいのだろうか。測定器の分解能がそこまで良くないかもしれない。機械にも±1gくらいの誤差があるかもしれない。だから、そういう分解能を基準にして、検査をするのである。いっぽう、さすがに「5kg」の商品が6kgだったり4kgだったりすれば、これは目で見て気づく。普通のアナログの重さ計でも、5kgと4kgでは明らかに針の位置が異なる。そもそも、家にある重さ計が正しいだろうか。もしかしたら家の計りのほうがズレているのではないか？という疑問すらある。実用では、まあ、市場にある計測器は、おおむね正しいはずである。たとえば自動車が宣伝では800kgだとして、それを測定して799.99kgだから「詐欺だ」とか言ったりしたら馬鹿だし、800.85kgで「詐欺だ」とか言うのも馬鹿である。 1円玉の重さを調べる際、誤差が1gもあったら困る。（1円玉の重さは約1gなので。）いっぽう、5kgや10kgの商品を測定する際、1gの誤差を気にしてられない。このように用途によって、誤差の要求水準は変わる。なので、誤差のていどが、マトモな製品や事業者と同じ程度であれば許される。これが本当の検定である。検査というのは、異常がない事が保証されている信頼品の機器との比較で行うのである。つまり、検査対象だけを何度も抜き取り検査などで測定しても、なにも品質保証できない。都道府県の役場などの信頼できる別測定器など、まともな測定器ですら、測定値にバラツキがある。なので、測定機器などを検査する際は、検査対象の測定値が、その信頼できる別測定器のバラツキの範囲に入っていれば、「合格」とするのが実情である。具体的には、同条件で同時に同一場所で測定したときの信頼品と検査対象品とのそれぞれの測定値から、残差を求める。測定器といった機器の場合は「器差」と呼ぶ。検査業者が「器差」と言う言葉を使うのは、こういう背景事情があるからである。この「残差」と、信頼品の分散とを比較することになる（なお、ついでに平均値も求める）。分散との比較を行うので、便宜的に統計数学の「検定」分野の分散や標準偏差などの関係の用語を借用できるわけであるが、じつは実態が統計数学とは少し違っている。実務で破綻が起きてないのは、単に各国の検査業者が気を利かして、検査時に数学に適合するような条件設定をしているからである。検査業者の「95%の信頼区間」といった用語が信頼できるのは、そうなるように（用語が信頼できるように）監督官庁（経産省など）が事前に規格や行政命令などで条件設定しているからである。なので、消費者としては安心して、検査業者のいう統計数学の用語を勉強していい。検査業者の実務でも「普偏分散」「95% 信頼区間」「片側検定」「両側検定」「棄却」「母集団」くらいの用語は使うので、それの計算的な意味が分かるていどの知識は、理系大学の卒業くらいまでには勉強しておいてもらいたい（ただし理系の話）。というか、低価格の簡易的な業者の「検査」だと、そもそも分散すら測定せず、測定値が一定範囲内にあるかどうかを確認するだけであることも多く、たとえば工場などでの金属製品の長さの検査で検査ゲージというのが使われるのもコレである。スキマが一定の長さのゲージを２種類用意して、目標値よりスキマが少し短いゲージと目標値より少し長いゲージの２つを用意して、スキマの短いほうのゲージで止まって長いほうのゲージを通過できれば合格、という検査もよくある。この方式のゲージ的な検査だと、検査者の技量がいらないので、安く出来るから、量産品をつくる工場などでは普及している。当然、ゲージ検査のような範囲内にあるかどうかを見る方式では測定値がないため「分散」をそもそも算出できないので、よって統計数学にある「検定」に見られるような統計量は、計算のしようがない。だから分散を測定するのは、（ゲージ方式ではないので、技量などが必要で）比較的に高額な検査なのである。また、ゲージ検査の例のように、統計数学の「検定」理論の前提になっている「分散」の計算を必要としなくても品質検査をできることから、数学の「検定」理論は工場などの実務とズレている。数学にある「検定」理論は、本来なら何種類もある検査方式のうちの、ごく一部の測定値などのハッキリしている場合における、それも抜き取り検査にしか通用しない理論である。もちろん、問題の責があるのは、それを流用している製造業やその他の産業などの側であるのだが。ともかく、数学の統計検定の本をいくら読んでも、上述のような検査の前提となる比較検査の話が書いておらず、そして検査対象だけを何度も抜き取り検査していたりするので、なので数学の統計検定の本の知識では実務の検査が出来ません。なぜなら検査は、信頼品との比較で行うからです。比較検査での「残差」・「器差」の概念がない理論をいくら数学的に式展開しても、実務的な検査テクニックは得られません。ただし、検査機関において、統計数学の用語を使うことはある。しかし、比較検査をするための数学以外の様々な実務知識の前提を置いているのが実情である。そもそも「不確かさ解析」と言いまして、国際的にはISO（国際標準化機構）やSIなどが採用している考えがあり、日本なら理化学研究所やら産総研なども採用している考え方で、最高水準の測定機器ですら、その表示する値は決して「真の値」ではない、本当の誤差ゼロの「真の値」は誰も知ることができない、という見解である。数学書をいくら読もうが、そういうのは書いてない。人間社会の事情なので、数学書には書いてないのである。もしかしたら、測定器自体の比較検査の手法についてなら、ＪＩＳの企画書などに書いてあるかもしれない。だが、重さ計でお米を測る場合とか、お米ではなくジュースを測る場合とか、あるいは食料・飲料以外の測定の場合とか、たぶんいちいちＪＩＳでは規定していない（もしかしたら業界団体とかが規定しているかもしれないが、それはＪＩＳの知ったことではない）。検査業者でも、工業高校卒ていどの数学力の技術者が働いており、それでも検査の実務ができるのは、実務では上述のような比較検査が主体のため、χ二乗検定やらy検定やらの数学知識が問われないからである。また、信頼できる別業者・別測定器との比較であるため、用いる分布は基本的には正規分布である。t分布はよほどの事が無い限り、比較検査の実務では用いられないだろう。便宜上、信頼できる別業者・別測定器での測定結果を、統計数学の「母集団」の代わとする。なので、用語としては統計数学の検定の用語で説明できるが、業務内容は実は統計数学とは異なり、まだ数学書などでは、検査の実務については解説されていない。また、信頼品との比較検査を行うため、測定対象の業界での信頼できる業者の場合についての知識といった、その業界の業務知識も必要である。このため、いくら数学ができようが、たとえば土木関係の検定をしている人が、電機関係の検定をしようとしても、比較検査に必要な業務知識が不足しているので、まず無理である（電機から土木の場合も同様に無理）。このように、実務の検定は比較検査のため、勤務業界の専門性も求められる。 - ほか ※ カイ二乗検定が、クロス集計表で役立つと、日本文教出版の「情報I」いわく。２つの変数の独立性を調べるのに役立つとのこと。 RASISを実教出版と東京書籍の『情報II』のみ紹介。信頼性 Reliability 故障しにくいこと。故障してから次の故障までの連続稼働時間の平均を指標にする. 可用性 Availability 稼働率のこと保守性 Serviceability 故障したときの修理のしやすさのこと。障害発生から復旧までの時間の平均を指標にする保全性 Integrity データの不整合の起こりづらさのこと安全性 Security 外部からの侵入や情報漏洩の起こりづらさの頭文字。 git らしき「バージョン管理システム」を実教出版『情報II』が紹介。「リポジトリ」「クローン」「コミット」「プッシュ」「プル」やら「リモートリポジトリ」「ローカルリポジトリ」などの語もある。傍注に「マージ」とか「ブランチ」も。東京書籍『情報II』が「都市鉱山」や「インフォデミック」や「デジタルデバイド」などの用語。「デジタルデバイド」の語は、他の教科書会社でも良く見られる。東京書籍『情報II』が「アーンドメディア」とか「オウンドメディア」とか「ネイティブアド」とか「ペイドメディア」とか「ターゲティング広告」とか。さらに章末資料でネイティブアドを「インフォード型」とか「ペイドサーチ型」とか「レコメンドウィジェット型」とか「プロモートリスティング型」とか「ネイティブ要素を持つイナド型」とか「カスタム型」に分類している。ターゲティングの手法も分類し、「オーディエンスターゲティング」「コンテンツターゲティング」「デバイスターゲティング」「ジオターゲーティング」に分類。 - ※ さすがに「インフォード型」以降の分類は細かすぎるので、用語を覚える必要は無いだろう。一度、通読すれば充分だろう。そもそも章末資料だし、それは優先度は低いという意味。なお、ステルスマーケティングは2023年現在、法律による規制の対象になっている。そのため、ネイティブアドであっても、広告であることを知らせなくてはならない（※東京書籍『情報II』の見解）。ターゲティング広告と聞くと難しそうだが、たとえば、ユーザーの閲覧履歴に合わせた広告が表示されるのがコレです（※東京書籍『情報II』）。閲覧履歴のほか、ログイン情報や位置履歴などが参照されることもあります（※東京書籍の見解）。東京書籍『情報II』が「SEO」。ほかの教科書会社の教科書でも見かける誤。実教『情報II』はP2Pとか情報I・IIのいろんな検定教科書にあって、サーバークライアントシステムと対比しているが、興味ない。誰か代わりに書いて。サーバー建て関係実教『情報II』がサーバー建ての話。「ドキュメントルート」とか「ポート」の語あり。ポート8000とか8080とか言及。なお、傍注でコマンド「ipconfig」に実教『情報II』が言及。ほか、第一学習社が傍注で「nslookup」に言及。実教には localhost もある。ポート番号「127.0.0.1」もある。実教に python のhttp.server のプログラムあり。なお、このpythonサーバーの実習のあと、HTMLのフォーム form の GETリクエストとPOSTリクエストでフォーム機能を作ってみよう、という実習。だいぶ難しいぞ、コレ。なお、そのいくつかあとの単元で、pythonのファイル操作（openとかreadとかwriteとかcloseのアレ。）最終的に実教『情報II』も東京書籍『情報II』も、電子掲示板システムを実習で作らせる。なお、べつに匿名掲示板ではないので、名前の入力欄がある。実教の巻末資料に、コマンドプロンプト（ターミナル）あたりの「ルートフォルダ」とか「カレントフォルダ」とか「絶対パス」「相対パス」の説明。実教の推奨しているPython環境では、なんかコマンドプロンプトを使うらしい。「コマンドプロンプト」「ターミナル」の語も紹介されている。サーバ起動方法で、「バッチファイル」「シェルスクリプト」とかを実教は説明。ただし、実際はシェルを書かなくても起動コマンドだけで起動できるはず。起動したい環境設定にこだわりが無いなら、そのサーバーの起動コマンドを実行すれば、サーバーの標準設定で起動するはずかと。Pyhtonはどうか知らないけど、Apache（アパッチ）とかはそう（Apacheはコマンド一発で起動）。品質管理など品質管理手法「QCサークル」とか「QC七つ道具」を東京書籍が紹介。フィッシュボーン図とかパレート図とか「層別」とかヒストグラムとか、管理図、チェックシ－ト、散布図を紹介。このうち、ヒストグラムは中学数学で習っており、散布図も情報Iや高校数学で習う。実際には、こういった図も活用して、総合的な判断で、品質の監視をする。チェックシートは、品質保証マン以外も現場でよく使うので、なんとか高校生にも教えたい。資料集などにある内容携帯・スマホのマナー映画館ではマナーモードにするとか、電源を切るとか。（数研や日本文教の資料集にある）店舗などで、許可なく充電するのは、盗電（とうでん）と言う犯罪。（数研）ちゃんと許可を取ろう。歩きながらのスマホ利用とか、まして自転車や自動車を運転しながらのスマホ利用は言語道断。スマホや携帯電話を使うときは、立ち止まって使おう（数研）。ほか、検定教科書にもあるが、ネット検索の「フィルタリング」など。脚注 - ^ 『高校情報科_本編_190806.indd - 1416758_003.pdf』、46ページ2020年5月20日に閲覧して確認. - ^ 『ビジネス基礎』、TAC、令和2年12月25日検定済、令和4年2月10日発行、P140 - ^ 『高校情報科_本編_190806.indd - 1416758_003.pdf』、46ページ2020年5月20日に閲覧して確認. - ^ 『高校情報科_本編_190806.indd - 1416758_003.pdf』、47ページ2020年5月20日に閲覧して確認. - ^ 『ビジネス基礎』、TAC、令和2年12月25日検定済、令和4年2月10日発行、P140 - ^ 『ビジネス基礎』、実教出版、令和2年12月25日検定、令和4年1月25日発行、P156 - ^ 東京書籍『「政治・経済」ダイジェスト版』 - ^ 『高校情報科_本編_190806.indd - 1416758_003.pdf』19ページ、図表5『ブレーンストーミングのルール』 2020年5月18日に閲覧. - ^ 渡辺光輝著『逆引きICT活用授業ハンドブック』、東洋館出版社、2023年5月30日初版第1刷発行、P20 - ^ 『Googleドライブのアクセス権の仕組みとは？種類や制限の範囲と各種設定方法』更新： 2022/06/21 - ^ Essentials に申し込む - Google Workspace ラーニングセンター - ^ 平井聡一郎著『これならできる！学校DXハンドブック小中高特別支援学校のデジタル化を推進する「授業以外のIT活用事例」』、翔泳社、2022年 3月16日初版第1刷発行、P86 - ^ 『KPT をチェックリストに昇華させると無駄なく知識が蓄積される - PolyPeaceLight』 - ^ 『【失敗しない】報告書の書き方やテンプレート7選を紹介！』2023年8月30日 2023年12月11日に閲覧. ※ リンク先は社長に提出する報告書としてて説明しているが、プレゼンの場合も同様。 - ^ 2018年12月3日『埼玉県、公立高校全校にGoogle for Educationで「学びの改革」』 - ^ 蓑手章吾著『個別最適な学びを実現するICTの使い方』、学陽書房、2022年4月14日初版発行、P149 - ^ 中川一史ほか編著『GIGAスクール構想取り組み事例ガイドブック』、翔泳社、2022年2月15日初版第1刷発行、P87 ,※ なお参考文献では全校生徒300名ちかくで動画視聴などの通信実験をして、成功したと報告している（その地域では成功したのだろう） - ^ 『オンライン授業ができない帯域不足でZoomが利用不能に』齊藤貴之、日経NETWORK - ^ デジタル庁・総務省・文部科学省・経済産業省共著『教育データ利活用ロードマップ - 20220107_news_education_01.pdf』、令和４（2022）年１月７日、P.37 - ^ 総務省『教育クラウド調達ガイドブック本編』,P21 - ^ 平井聡一郎著『これならできる！学校DXハンドブック小中高特別支援学校のデジタル化を推進する「授業以外のIT活用事例」』、翔泳社、2022年 3月16日初版第1刷発行、P198 - ^ "APPLIC-0005_3-2016.pdf" 『実践的な教育ネットワーク整備ガイド＜設計・運用編＞』一般財団法人全国地域情報化推進協会アプリケーション委員会教育ワーキンググループ - ^ コトバンク『全国銀行データ通信システム』によると（日本大百科全書(ニッポニカ) の解説、矢野武、 2022年12月12日 - ^ 『「銀行はみんなで赤信号渡った」ドコモ口座の落とし穴』,聞き手・筒井竜平,2020年9月23日05時00分 - ^ 社団法人東京銀行協会 (pdf)『全銀システムについて』,平成21年1月9日, P.10 - ^ 大塚商会『IP-VPN』 - ^ 渋谷区教育委員会『渋谷区の取組説明資料』、P.3 - ^ 三柳英樹『IIJ、千葉市立全学校168校の教育情報ネットワーク「CABINET」更改案件を落札』2023年10月17日 08:30 - ^ "APPLIC-0005_3-2016.pdf" 『実践的な教育ネットワーク整備ガイド＜設計・運用編＞』一般財団法人全国地域情報化推進協会アプリケーション委員会教育ワーキンググループ、P.21 - ^ "APPLIC-0005_3-2016.pdf" 『実践的な教育ネットワーク整備ガイド＜設計・運用編＞』一般財団法人全国地域情報化推進協会アプリケーション委員会教育ワーキンググループ、P.23 - ^ 『デジタル教科書のクラウド配信プラットフォームに Microsoft Azure を採用、光村図書が見据える教育DXのビジョンとは』 - ^ 『デジタル教科書のクラウド配信プラットフォームに Microsoft Azure を採用、光村図書が見据える教育DXのビジョンとは』 - ^ (pdf) エヌ・ティ・ティラーニングシステムズ株式会社著『令和4年度学外教育データ連携に係る実証事業参照文書 1.0 版』, 令和5年3月31日, P.4 など - ^ 総務省ホームページ総務省教育情報化の推進教育・学習分野におけるデータ連携の推進からエヌ・ティ・ティラーニングシステムズ株式会社著の参照文書にアクセスできる。 2023年10月23日に確認. - ^ (pdf) エヌ・ティ・ティラーニングシステムズ株式会社著『令和4年度学外教育データ連携に係る実証事業参照文書 1.0 版』, 令和5年3月31日, P.12 - ^ エヌ・ティ・ティラーニングシステムズ株式会社著『総務省令和 4 年度学外教育データ連携に係る実証事業参照文書 1.0 版解説編』、令和 5 年 3 月 31 日、 P.36, - ^ 中川一史ほか編著『GIGAスクール構想取り組み事例ガイドブック』、翔泳社、2022年2月15日初版第1刷発行、P125 - ^ 平井聡一郎著『これならできる！学校DXハンドブック小中高特別支援学校のデジタル化を推進する「授業以外のIT活用事例」』、翔泳社、2022年 3月16日初版第1刷発行、P14 - ^ 総務省『教育クラウド調達ガイドブック本編』,P19 - ^ 平井聡一郎著『これならできる！学校DXハンドブック小中高特別支援学校のデジタル化を推進する「授業以外のIT活用事例」』、翔泳社、2022年 3月16日初版第1刷発行、P121 - ^ (pdf) 文部科学省著『改訂版全国の学校における働き方改革事例集 - 20220221-mxt_kouhou01-000020595_1.pdf』 P.151 - ^ 平井聡一郎著『これならできる！学校DXハンドブック小中高特別支援学校のデジタル化を推進する「授業以外のIT活用事例」』、翔泳社、2022年 3月16日初版第1刷発行、P110 - ^ 平井聡一郎著『これならできる！学校DXハンドブック小中高特別支援学校のデジタル化を推進する「授業以外のIT活用事例」』、翔泳社、2022年 3月16日初版第1刷発行、P110 - ^ 平井聡一郎著『これならできる！学校DXハンドブック小中高特別支援学校のデジタル化を推進する「授業以外のIT活用事例」』、翔泳社、2022年 3月16日初版第1刷発行、P144 - ^ 平井聡一郎著『これならできる！学校DXハンドブック小中高特別支援学校のデジタル化を推進する「授業以外のIT活用事例」』、翔泳社、2022年 3月16日初版第1刷発行、P144 - ^ 平井聡一郎著『これならできる！学校DXハンドブック小中高特別支援学校のデジタル化を推進する「授業以外のIT活用事例」』、翔泳社、2022年 3月16日初版第1刷発行、P193 - ^ SNS機能 \| CYBER CAMPUS - ^ 平井聡一郎著『これならできる！学校DXハンドブック小中高特別支援学校のデジタル化を推進する「授業以外のIT活用事例」』、翔泳社、2022年 3月16日初版第1刷発行、P193 - ^ 八木玲子『聖徳学園中学・高等学校、企業向けSNS「Talknote」を校内SNSとして採用』,日経コンピュータ,2016.06.07 - ^ 『「学校教育でSNSは悪」を変えられるかーーTalknoteが教育現場への導入を開始』 2016.06.09 - ^ 平井聡一郎著『これならできる！学校DXハンドブック小中高特別支援学校のデジタル化を推進する「授業以外のIT活用事例」』、翔泳社、2022年 3月16日初版第1刷発行、P192 - ^ 平井聡一郎著『これならできる！学校DXハンドブック小中高特別支援学校のデジタル化を推進する「授業以外のIT活用事例」』、翔泳社、2022年 3月16日初版第1刷発行、P194 - ^ 渡辺光輝著『逆引きICT活用授業ハンドブック』、東洋館出版社、2023年5月30日初版第1刷発行、P28 - ^ 渡辺光輝著『逆引きICT活用授業ハンドブック』、東洋館出版社、2023年5月30日初版第1刷発行、P28 - ^ 稲田友著『ダッシュボードに必要な6つ要素：学校教育の全体アーキテクチャの解説(1)』なお、稲田氏はNTTコミュニケーションズの学校向けサービス「まなびポケット」の技術者 - ^ キヤノンMJ/サイバーセキュリティ情報局『ソーシャルログインとは？その仕組みとメリット・デメリット』 - ^ 『よくある質問：文部科学省CBTシステム運用支援サイト』 - ^ 教育家庭新聞『シングルサインオンに学習eポータルは必須～新潟市教育委員会・鹿児島市教育委員会』2022年6月7日 - ^ 渡辺光輝著『逆引きICT活用授業ハンドブック』、東洋館出版社、2023年5月30日初版第1刷発行、P83 - ^ 渡辺光輝著『逆引きICT活用授業ハンドブック』、東洋館出版社、2023年5月30日初版第1刷発行、P83 - ^ 数研『情報II』
null	null	高等学校情報/情報I/ソートアルゴリズムなどの知識 ※ 『高等学校情報科「情報Ⅰ」教員研修用教材 JavaScript 版(第3 章のみ) - 20200716-mxt_jogai01-000001169_001.pdf』などでソートを紹介しています。ソート読者の皆さんは、よく - 出席番号:01, 阿部、国語80点、数学55点、 - 出席番号:02, 内村、国語50点、数学90点、 - 出席番号:03, 枝野、国語70点、数学73点、のような、データ一覧で、「国語の点数の高い順に並べ替えてみたいなあ・・・」とか思ったことはないでしょうか。つまり、 - 出席番号:01, 阿部、国語80点、数学55点、 - 出席番号:03, 枝野、国語70点、数学73点、 - 出席番号:02, 内村、国語50点、数学90点、と並べ替えたりとか。 ※ 説明を短くするため、クラスの生徒数が3人だけの学級として設定しています。こういうふうに、ある項目の数値の大小順に並べ替えることを情報技術の用語でソートと言います。ソートの概念は、単にデータを整理するだけの用途のほかにも、たとえば最短ルートの探索などにも応用できます。（※ 教員向けマニュアルで紹介しているのはコッチ（探索）のほう。）なお、検定教科書で二分探索法などの探索法を教えてるのは偶然ではなく、探索法をする前には前処理としてソートが必要になる場合が多いからです。なので、ともかくソートの手法はいろいろ応用されるので、ソートという概念を知っておきましょう。ソートの代表的な手法には数種類あります。教員向けマニュアルでは「選択ソート」と「クイックソート」が紹介されています。教科書では、バブルソートなども紹介されているようです。時間に余裕があれば、JavaScriptやPython など、普通のプログラミング言語を使って、ソートをプログラムを自力で作ることも可能です。どのプログラミング言語にもある、条件分岐の if文やその条件式の中での不等号（ ≦ や ≧ に相当する判定のこと）の利用、繰り返し処理の for文、そしてソートの処理前および処理後の結果を格納するための「配列」（はいれつ）といわれるデータ構造、などの入門的な機能を組み合わせることで、ソートのプログラムを作ることができます。（教員むけプログラムにも、ソートのコード例があります。）バブルソートが、いちばん理解がラクでしょう。バブルソートは、リーグ戦方式の順番で、集団のうちから2つの数を取り出して並べる方法です。たとえば、先ほどの阿部（数学55）、内村(数学90)、枝野(数学73)の数学の点数をこの順に配列にした(55,90,73)並べ替えるなら、 - 安部55・内村90の比較をして、結果の並びとして「55,90」の配列をまず作成し、これで（55,90,73）の1番目と2番目を置き換え。結果的に、同じ（55,90,73）のまま - ↓ - 安部55・枝野73の比較、すでに「55,90,73」の配列があるが枝野の点数は安部の隣に入れることとし、安部の左側に入れるか右側に入れるかを判別するために先ほどの安部・枝野の比較を利用し、枝野のほうが大きいので「55,73,90」の配列になる。 - ↓ - 内村90・枝野73の比較、さきほどの安部・枝野の比較では内村と枝野の関係は無視していたので、残りの比較をする必要がある。リーグ戦方式なら、最終的には漏れなく比較することになる。「55,73,90」が確定する。この順番で行うだけです。バブルソートの比較の回数は、チーム数n個でのリーグ戦の試合の回数と同じなので、比較の回数はおおむねに比例することが知られています。このほか、選択ソートというのもありますが、比較の回数はバブルソートとあまり変わりません。単に、比較の順番が違うだけです。選択ソートは配列内のデータから最小値を探索し，最小値から順に取り出すことで並べ替えを実現するアルゴリズムです（文科省の研修用教材にそう書いてある）。さて、実際の並び替えでは、おおむね順番に整列されているが、ところどころ順番通りでない列というのもあります。そういう、おおむね整列されているものを並び替えるときに、バブルソートよりも短い比較回数で済まそうとするのが、クイックソートや挿入ソートやマージソートなどのソート方法です。たとえば、「完全に整列されていたデータ列Aの内部に、あらたなデータをいくつか追加した。元データ列のどこら辺に追加したかは分からない。追加したデータの個数は少なめで、元データ列の個数に比べて、それほど個数が多くは無いことは分かってる。この混ざったデータ列を並びなおして、整列されたデータ列（これを仮にデータ列Bとする）を得たい」みたいな場合です。もし元のデータ列が整列されてない場合、必ずしもクイックソートやマージソートなどを使っても、ソートは高速化されません。（出典サイトURLは忘れましたが、文科省の制作支援する勉強会のYouTube動画で、大学教員がそう言っています。）また、後述する文科省の研修用教材でも、似たようなことを言っています。さて、そのクイックソートとは、配列内から1つの値を取り出し、それを基準に残りの数値を2分割していくものです。たとえば、 3,7,1,4,2,10 を並び替える場合、 3を基準に、それより小さい（1,2）のグループと、それより大きい（7,4,10）のグループを得ます。その後、同様に（1,2）を1を基準にして、それより大きい2を得ます。(2)のように1個だけになったら、そこで確定です。結果的に、(1,2)が確定し、さらにその前で基準にしていた3より小さいことが確定しているので、（1,2,3）が確定します。（7,4,10）のほうも並び替えをします。まず、7を基準にそれより小さい4と、それより大きい10が得られます。そして、(4)も(10)もカッコ内に1個しかないので確定です。（4,7,10）が確定します。あとは、（1,2,3）と（4,7,10）とをこの順番でくっつけるだけです。こうして、この場合のクイックソートでは最終的に（1,2,3,4,7,10）で確定します。クイックソートは、2分探索法のような考え方をソートに応用したものです（と述べている）。運が良ければ、最初に選んだ基準値が最終結果の真ん中のほうに来る値に近ければ、2分探索法のように計算時間が短縮できます。事前にある程度、配列の中央値が分かっている場合、クイックソートが価値を発揮します。配列があるていど整列されているなら、中央値はおおむね、データｃ列の真ん中のほうにあるでしょう。なので、データ列の真ん中の値を基準にする方法がよく使われます。ただし、これだと、たまたまデータ列の真ん中に、最小値または最大値に近い値があった場合、運悪く、比較の回数が増えてしまいます。なので、念のため、データ列の先頭の値、データ列の真ん中の値、データ列の最後尾の値といった、この3つの値の中央値を取れば、よほど運が悪くないかぎり、まあ、採用した基準値がきっと最終結果の中央値にも近いでしょう、近いはずだ、近ければいいなあ・・・という事です。（前提として、整列前のデータがあるていどは整列されていることを前提にしています。）ネットでは、「クイックソートが一番早い」みたいなデマがありますが、しかし文科省は下記のように反論しています[1]。しかしながら，クイックソートでは逆順に並べ替えられている場合など，ある条件下では比較を行う回数が膨大になり，選択ソートよりも処理に必要な時間が多くなることもある。ソートアルゴリズムの場合においても，必ずしもクイックソートの方が優れたアルゴリズムであるとは言い切れないことがわかるクイックソートが早い場合とは、あるていど不規則なデータ列で、さらに最初に選んだ基準値がデータ列全体の中央値に近い場合です。もし、元データが整列済みまたはほぼ整列済みの場合、クイックソートはバブルソートと同じような比較回数になってしまいます文部科学省/mextchannel『高等学校「情報Ⅰ」オンライン学習会【第7回】アルゴリズムの比較から効率的なアルゴリズムの理解の仕方』。なぜなら基準値を最初および分割ごとに選ぶ際、その基準値が二分ではなく一分になってしまうからです。比較回数だけ見ればバブルソートとクイックソート最悪時は比較回数だけは同じですが、しかしクイックソートには他のプログラム処理も色々と加わるので、場合によってはバブルソートよりも少しだけ遅くなりかねません。さて、文科省の教材では触れられてないですが、バブルソートと選択ソートの比較回数は基本的には同程度ですから、つまりクイックソートが選択ソートより遅くなる場合もあるという事は、クイックソートがバブルソートよりも遅くなる場合もあるという事です。また、二分探索法のアイデアに基づくクイックソートが、事前にデータ列がある程度は整列されている事を前提にしているということは、つまり、そもそも「二分探索法が速くなる場合とは、事前にある程度は探索結果が分かっている」という意味です。文科省がそういう感じのことを研修用教材で言っています[2]。探索法には、二分探索法のほか線形探索法があります。ネットのデマでは、二分探索法が最強でいつも速いということですが、しかし文科省はこのデマを否定しています。場合によっては、探索結果が予想に反している場合などは、二分探索法は線形探索法よりも遅くなると文科省は言っています。文科省は教材で言っています。最大探索回数だけを比較すると，回数の少ない二分探索がよいアルゴリズムと考えがちだが，二分探索には事前にデータを並べ替えておく必要があり，一概によいアルゴリズムとは言い切れない。例えば「事前にデータが並び替えられている保証がない場合」や「データの数がそれほど多くなく，シンプルなアルゴリズムの方が望ましい場合」などは線形探索の方が有用な場合もある。文科省は、ネットのデマを真っ向から否定です。 ※ データベースソフトの Microsoft Access を買わなくても、Excel のテーブルでソートなど出来るので、まずは Excel で練習しよう。そもそも「テーブル」という用語自体、データベース用語でもある。なお、Google アプリにAccess相当の機能は無い（2023年現在）。さて、並び替えの基準にしている項目名のことをキーと言う。たとえばもし国語の得点で並び替えるなら、キーは「国語の得点」である。 Excel には並び替え機能のほか、フィルター機能もあるが（たとえば特定の数値よりも大きい列を検出したりできる）、あまり使い勝手が良くない。（テーブルの項目名の三角マークをクリックすると、フィルターも選べる。）本来、Excelはデータベースソフトではないので、UI的に少し分かりづらい。 Google スプレッドシートおよび Libreoffice Calc には、ソートの機能はあるが、しかしExcelでいう「テーブル」の機能（つまり簡易データベース機能）が無い。なので、Excelのテーブル設定がGoogleスプレッドシートなどでは維持できず、互換性が悪い。よって、データベース目的では、初心者はGoogleスプレッドシートおよびLibreOffice Calc の使用は避けたほうが安全だろう。計算量教科書ガイドで、二分探索の計算量を紹介。（少なくとも実教「情報I」（PythonとかJavaScriptの対応のヤツ）のガイドに書いてあった。）二分探索の計算量は log2N に比例とか、書いてある。 Nは、探索対象の要素数であり、もちろん整数。慣習的に「N」を使う。ほかの探索法の計算量の記法でもNを使って表記するのが一般的。探索だけでなくソートなどの計算量でも、Nをつかって表記するのが一般的。一般に計算量の式では、Nをつかって表記するのが慣習。
null	null	高等学校情報/情報I/データの活用質的データと量的データ ※ 暗黙の前提として、データは1個だけでは普通は価値が無く、蓄積しないと役立てることができません。後述する「データ分析」でも、たった1個だけのデータを分析しても、たいていの場合は何の役立ちません。蓄積された多くのデータを手作業で処理するのは大変なので、そこでコンピュータの出番（でばん）となるわけです。下記の例ではアンケートによる集計でデータを蓄積していますが、別に他の手段でデータを収集して蓄積しても構いません。たとえば気温のデータなら、デジタル温度計で収集するのが効率的でしょう。概要アンケートなどでデータを集める際、たとえば「1日あたりの勉強時間を答えてください」の回答のような、数値などで表現できるデータであり、さらにデータどうしの差や比例などに意味のあるデータのことを「量的データ」と言います。身長や時間や人数や点数など、数値として意味があるものが量的データです。一方、「社会科は好きか嫌いか、その理由とともにお答えください」の回答のような、文章などで記述してもらったデータのことを「質的データ」と言います。 - ※ 「質的」「量的」も新課程・情報Iの検定教科書での範囲です。文部科学省/mextchannel『高等学校「情報Ⅰ」オンライン学習会【第3回】3学期に向けたデータサイエンス概論コンピュータでは、量的データのほうが処理しやすいです。 - ※ データサイエンスや情報科学だけでなく、心理学や経済学などでも「量的」「質的」と言った言葉を似たような意味で使うので、この機会にこの用語を覚えましょう。いろいろな尺度部活の入部希望アンケートで「加入したい部活を記入してください」というアンケートは、一見すると回答は「サッカー部」のような語句のように見えますが、しかし選択肢を用意して番号をつけて 1：サッカー部 2：卓球部 3：柔道部 4：演劇部 5：美術部 - （※長いので以下略）のように選択肢を設けることで、これを数値として扱うこともできますが、しかしこういうのも質的データとして扱います。なぜなら、部活どうしの四則演算に意味が無いからです。たとえばサッカー部の「1」と「卓球部」の2を足したら「3」で、これは柔道部の番号「3」と同じ数値ですが、しかしそのことに意味は何もありません。なお、この部活の番号のように、分類上の都合でつけただけの番号などの数値を、名義尺度（nominal scale）と言います。 ※ 実教出版の教科書で英訳を併記しています。数値データであっても、必ずしも量的データとは限らないことに注意してください。後述しますが、コンピュータでは、選択肢の方式のアンケートが一番ラクに処理しやすいです。 - 順序尺度下記のように番号をつけて - 1 とても良い - 2 良い - 3 普通 - 4 あまり良くなかった - 5 とても良くなかったとした場合、番号の数値が低いほど満足しているので、数値の大小には意味があります。しかし要素どうしの四則演算には意味がありません。たとえば「とても良い」（1）＋「良い」（2）＝「普通」（3）ですが、そのことに意味が何もありません。このように、順序や大小には意味があるが四則演算に意味が無い尺度のことを順序尺度と言います。順序尺度は、一見すると差に意味がありそうですが、しかし,、たとえば「1 とても良い」と「3 普通」の差はむりやり計算すれば2ですが、これが「2 良い」と「4 あまり良くなかった」の差の2と計算結果は等しくなりますが、しかし、本当に回答者の「とても良い」と「普通」の差が、「良い」と「普通」の差とは等しいという保証がありません（※数研出版）。なので、こういったアンケートの回答は順序尺度として扱います。また、さきほど回答者の心理の話をしたことから分かるように、心理学や社会学では、心理などを数値データ的に処理したいときに順序尺度として扱わなければいけない事もよくあります（※数研出版）。さて、質的データは、名義尺度または順序尺度に分けられます。 - 量的データの尺度物理II（専門『物理』）で習いますが、温度の比率には意味がありません。温度の差には意味があります。たとえば1℃と10℃は、一見すると10倍ですが、しかしケルビン単位で見れば、 274ケルビンと283ケルビンでしかなく、2倍未満です。このように、温度は単位系によって数値が変わるので、比率には意味がありません。この温度のように、比率に意味が無いが差には意味がある尺度のことを「間隔尺度」と言います - ※ 教科書には太字で「間隔尺度」が書いてあるが、正直、あんまり使わないと用語だと思う。ほか、身長・年齢など、大小関係にも差にも比率にも意味がある尺度のことを「比例尺度」と言います。建物の階数はよく比例尺度と誤解されますが、しかし日本においては地面に接している階が0階ではないので、階数は比例尺度ではありません（※ 数研出版）。1つの階の高低差が等間隔なら、その建物の階は間隔尺度です。階の高さが等間隔でない場合は、間隔尺度ですらなく、順序尺度です（※数研出版の傍注）。ほか、量的データのことを「定量データ」（ていりょうデータ）、質的データのことを「定性データ」（ていせいデータ）と言うこともあります（※数研出版の傍注）。 - ※ なお、正規分布の学習について、性質などを証明しようとすると理科系の大学2年くらいの数学の学力が必要になる場合が多いので、高校生は正規分布の性質を証明しなくていい。 - 検定法（カイ二乗検定とか）の単元についても同様、公式の導出などは、大学2年くらいの数学の学力が必要になるので、高校生は、検定法の公式は導出しなくていい。名義尺度であっても、最頻値の算出は可能である（日本文教出版 II）。たとえば、新入生アンケートで、どの部活に入部を希望するかの「入部アンケート」を学校がとったとして、「13：軽音楽部」が仮に一番人気だったとしよう。こういった人気アンケートみたいに、最頻値や、あるいは名称はないが二番目に頻度の高い値、三番目に頻度の高い値、・・・といったものは算出できる。名義尺度に最頻値が存在するので、決して「名義尺度は統計量を出せない」（←マチガイ）と勘違いしないようにしよう。アンケートと統計分析とコンピュータ処理量的データの分析散布図と近似曲線 - ※ 文科省のYouTube動画で、散布図とExcelの近似曲線グラフの話をしています。アンケートで数値入力させたとき、ユーザーが入力ミスなどで、異常な数値を入力してしまう場合があります。その場合、せっかく近似直線または近似直線（二次関数や三次関数などの高次関数で近似できる）などの近似関数をとっても（※ スプレッドシートに近似直線や近似曲線を取る機能があります）、異常な傾きの直線や曲線が出てしまいます。また、直線や高次関数ではなく、円などで近似したほうが良い結果が得られる場合もあります。なので、いきなり近似関数の機能を使う前に、まずグラフで図示する必要があります。 - 例と解説例として、次の7名のクラスの、数学と物理の点数を考えてみましょう。スプレッドシートでグラフ表示をする際、「散布図」（さんぷず、scatter plot[1]）というもので表示すると、線で近似する前の状態が図示されるので、その散布図を見てから、何で近似すべきかを決めます。 - ※ なお、表計算ソフトでグラフを描くさい、計算元のセルには数値データとして数字を入力する必要があるため、それぞれのデータには単位をつけません（※ 第一学習社）。単位をつけると数値データではなく文字列データとして認識されてしまい、うまくグラフが作成できなくなってしまいます。さて、直線近似をするという事は、一次関数で近似することです。数値的に正確な直線近似の方法として、数学的には「最小二乗法」という方法が一般的には使われます。（検定教科書「情報II」の範囲。日本文教出版で確認.）直線を引いた場合に、残差（ざんさ）を二乗した値の総和（残差二乗和[2]または「二乗残差和」[3]または残渣平方和[4]）が最小になる直線を求める計算法が、最小二乗法です。 - （※ 点と近似直線との距離ではないことに注意。距離ではなく残差である。残差のほうが計算を求めやすい。）残差とは、考えている近似関数からのズレです。なお、二次関数以上で近似する場合でも（つまり多項式近似の場合）、考えている関数とのズレのことを「残差」といいます。また、多項式近似を表計算ソフトに命令した場合には、残差が最小になるような関数を表計算ソフトは出力するはずです。まあ、直線近似については、コンピュータなどなかった時代などは、人間が散布図を目で見て「だいたいココらへんだな・・・」と、「えいやっ」と直線を手動で引く方法も昔からありましたが・・・。なお、高次関数による近似は、表計算ソフトでは「多項式近似」などと呼んでいるかもしれません。（じっさい、Excelの場合、「多項式近似」では2次関数以上しか使えない。） - （※ 範囲外）曲線近似（多項式近似、高次関数による近似）や、二変数以上の近似の場合は、「ラグランジュの未定乗数法」などを使うが、しかし高校の範囲を大きく逸脱するので省略する。日本文教出版の教師用の指導書でもラグランジュの未定乗数法に触れられているが、同じく「高校の範囲を大きく逸脱する」という理由で、名前の紹介のみにとどめている。 - ラグランジュの未定乗数法はすごく難しく、理系の大学生ですら大学2年生～3年生くらいの数学レベルが必要なので、高校生には無理。高校生の理解は、あきらめて。散布図は、図1つにつき2種類のデータしか使えません（上記の例では数学と物理の得点のように）。国語の得点などとの関係も図示したい場合は、新たに、たとえば国語と数学の得点を散布した散布図をもう一つ作る必要があります。数学の統計分野で「相関係数」と言うのを習うが、しかし相関係数とは直線比例に近いかどうかを検出するための指標であるので（直線比例に近いと1または-1に近くなる。相関係数は -1≦r≦+1 の間の数値を取る（rを相関係数の記号とする）。相関係数の絶対値は最大で1まで）、たとえば明らかに円形に分布していても検出されない（円状に分布している場合は相関係数が0に近くなる）。円周上に並んでいるように見える場合でも、あるいは円盤状に並んでいる場合でも、どちらにせよ相関係数が0に近くなる。円に限らず、たとえば四角形状に分布している場合でも同様、相関係数が0に近くなる。また、「W」字のようにナナメ上向き直線とナナメ下向き直線が混ざっているように分布している場合も、相関係数が0に近くなる。このため、統計分析の実務では、相関係数を計算するよりも前に、まず散布図を見て、どう分析するかを決める必要がある。 2023年現在、高校数学でもすでに散布図を教えている。もし散布が直線状で、ナナメ右上に右上がりになっている場合は、相関係数が 1 に近くなり（※ プラス1に近くなり）、「正の相関」と言う。もし散布が直線状で、ナナメ右下に右下がりなっている場合は、相関係数が-1に近くなり、「負の相関」と言う。データ・クリーニング - ※ 実教出版『情報I』の教科書に「データ・クリーニング」および「データ・クレンジング」の語が書いてあります。 - ※ 第一学習社『情報I』と東京書籍『情報II』の教科書に「データ・クレンジング」（data cleansing[5]）が書いてあります。東京書籍『情報 II』では英訳も。 - ※ 文科省のYouTube動画で、用語名「データ・クリーニング」は出してないですが、その話をしています。 - ※ 点を入れるか、つまり「データ・クリーニング」か「データクリーニング」かは、検定教科書だと点無しが多い。気にしなくていいだろう。たとえば東京書籍『情報II』は点なしの「データクレンジング」。実教出版も点なし（P98傍注、傍注なので索引に無い）。第一学習社も点なしの「データクレンジング」。データの重複や表記ゆれ、その他のご入力などの除去の作業のことを、データ・クリーニングやデータ・クレンジングなどと言います。特に、手入力されたデータには誤入力や重複などが起こりやすいので、データクレンジングが必須である（※東京書籍の見解）。アンケートなどで数値入力をさせた際、回答者が読み違いや入力ミスなどで、異常な値を回答してしまう場合があります。入力ミスなどによって入力された値のことを「異常値」と言います（数研出版の見解）。いっぽう、入力ミスではないが、ほかの値から大きく外れた値のことを「外れ値」（はずれち、outlier[6]）と言います。なので、異常値については、近似関数などを作成する前に除去をした、別データ集を作成します。外れ値を除去するかは、データの種類による（※数研の見解）。中学校の数学でも習ったと思いますが、（平均値ではなく）中央値や最頻値などを使うことで、異常値の影響を受けづらくなります。このように、何かの指標を使う場合は、異常値などの影響を受けづらい指標を使うのがコツです。このほか、ある項目のデータが入力されていなくて空欄の場合など、「欠損値」（英：missing value[7]）と言います（※東京書籍、第一学習社、実教出版などで確認）。コンピュータ処理上の都合で、未回答であっても、じつは何らかの値が事前に変数に入力されている場合があります。たとえば数値データなら、プラスの整数しか回答できない質問に、じつはマイナスの値が格納されている[8]、などです。もし回答すると、値がプラスに書き換わる、などの工夫です。欠損値は、その後のデータ分析からは、除去する必要があります。 - （※ 範囲外）欠損値は、ソフトウェアによっては「null」（ヌル）と表示されることがあります（たとえば Google の Looker Studio など）。データ分析ソフトに限らず、一般のプログラミング作成ソフトでも null という単語は使われるので、ついでに覚えましょう。「情報」教科でつかう数学については、平均や中央値や最頻値といった中学レベルの数学が情報の範囲です。加えて、高校で新しく習うだろう（統計値の）「分散」も情報Iの範囲です（※ 数研出版の教科書で確認）。なので、高校の数学IAていどの勉強は必ずしましょう。余裕があれば数学2Bも勉強しましょう。（※ 範囲外）データ・クリーニングのさい、除去前のデータは、これはこれで残す必要があります。 - （※ 範囲外）さて、データ採取をしたさい、まだ何の加工もしていない採取したままのデータのことを「生データ」（なまデータ）と言います。情報科学に限らず、物理学とか機械工学とか医学とか理系の学問でも、また文系の学問でも、「生データ」という用語を使います。 - ※ 文科省の動画ではそこまで説明してませんでしたが、大学以降の学問では、よく使う用語なので覚えてください。一般に、生データは残します。（ただし、プライバシー保護など特別な理由がある場合は別。詳しくは業界によるだろうから、その業界の慣習に従おう。また、新人はしばらくは先輩の指示に従おう。）生データのままだと、異常値が含まれていたら、異常な分析結果が出てしまうので、役立たなくなってしまう。なので、それを防ぐため、まず散布図などを観察して、明らかに変な値は、除去をするなどの加工をした二次データのファイルを作成します。（なので、エクセルなどでデータファイルは、生データ用のファイルと、加工データのファイルとで、最低でも2個のファイルを得ることになる。）では、どういったデータが、異常なのでしょうか。ケーススタディとして、たとえば「あなたの1か月あたりのおこづかい（単位：円）を答えてください。」というアンケートで、多くの回答者が「10000」とか「20000」とか答えているのに、何人かの回答者が「2」とか「3」とか答えていたら、明らかにその「2」や「3」は異常値です。この「2」や「3」は、おそらく2万円とか3万円のつもりで誤入力をしたものと思われます。そもそも小遣いをもらってないなら「0」円になるはずだし、こづかいをもらっているのに2円とか3円とか、常識的にありえない数字です。 - ※ 文科省の動画でも、似たような例を出している。この例のように、異常なデータは、データ解析などの処理の前に除去をする必要があります。なお、実は、世間にある統計データの分析結果は、場合によっては、データ・クリーニング済みのものだったりすることもあります。（だからデータ分析者の主観がそこで少し入る可能性がある。） - ※ 数値の記入式のアンケートはこのようにデータ・クリーニングの手間が増えるので、なるべく選択式のアンケートのほうが楽です。どうしても数値記述式のアンケートをする場合でも、選択式アンケートを併用すると、ラクになるかもしれません。欠損値のクリーニング時の初歩的な失敗例として、本来なら除去すべきなのにゼロ「0」に置き換えてしまうミスがあります（数研出版）。ゼロに置き換えてしまうと、平均値などの計算に含まれてしまうので、間違った結果を出してしまいます。なので欠損値は、平均値などの算出では、ゼロに置き換えるのではなく、必ず除去しましょう。 - ※ なお、マイクロソフトにも、Microsoft Forms という、類似のアンケートアプリがある。Microsoft Formsにも、スプレッドシートに出力する機能がある[9]。 - ※ Microsoft 365 というwebアプリのパッケージで、Google Worlspaceと似たようなクラウド的なことができる[10]。ただしMicrosoft 365 は有料である。質的データの分析テキストマイニング Googleフォーム内では文章は分析できません。）しかし、外部サイトを使えば、記述式アンケートで収集した文章でも、出現頻度の多い単語の抽出などの分析に書けることができます。「テキストマイニング」などで調べると、そういうサイトを探せます。テキストマイニングを出来る外部サイトとしては、たとえば「AIテキストマイニング User Local」などのサイトがあります[11]。ただし、テキストマイニングで分かるのはｌ単語の頻度と（※ 「ワードクラウド」画面）、単語どうしの出現の関連性（たとえば「先輩」「後輩」のように出現事例が近い単語は近くに表示される。「共起キーワード」という）だけです。 - ※ 検定教科書によくある画面はワードクラウド画面。実は「共起キーワード」画面が日本文教出版『情報I』で紹介されている。 - ※ 開隆堂、数研出版、第一学習社では、出現頻度の表が紹介されている。 - ※ 現状では、特定企業のサービスなので、あまり深入りしなくていい。 - ※ ほか、User Local のサイトには単語出現頻度などの画面もある。詳しくはUser Local の公式サイトで確認せよ。それ以上の分析は、結局は、人間が行う必要があります。もとの文章を読む必要もあります。やはり、基本的には選択式のアンケートが簡単です。そして、記述をしてもらった場合には、最終的に、アンケート文を読む必要もあります。もし読者が「質的データ」と言う言葉を習っているなら、つまりテキストマイニングを使うことで質的データでもコンピュータで図示できる時代になったという、技術的な進歩でもあります。 - ※ 実習のさいの注意点について、『青空文庫』のサイトのXHTML版データの作品本文にはフリガナがある。フリガナを除去する前処理をしてからでないと、テキストマイニングの実習をできない。さいわい、wiki編集者が試したところ、webブラウザ『Firefox』からwindows『メモ帳』へのコピーペーストによってフリガナを除去できた。もしコピーペーストで除去できない出来ない場合、高校生にはその前処理のプログラミングが必要になってしまう。 - ※ 共起キーワードを解析したい場合、ボタン『ワードクラウド作成』ではなくボタン『1つの文書を解析』を選ぶ。どのようなグラフを使うか散布図は、他の節でも述べたように、数学の得点のデータと物理の得点のデータといった2つの数値的な量的データがあって、その2つの変数の関係を見たい場合は、有効である。量的データであっても、データの割合を見たい場合は、帯グラフや円グラフが有効である。しかし質的データは、棒グラフで表すほうが良い場合もある。下記に説明する。質的データと棒グラフたとえば「小学校のころ、好きだった給食メニュー」の選択式アンケートのように（たとえば「カレー」とか「唐揚げ」とか「あげパン」とか「わかめゴハン」とか（※以下略）、並んでるアンケート）、基本的に日常生活では数値で表さないものは、散布図には向かない。そういうのの集計結果は棒グラフや円グラフなどで表すのが良い。（もっとも、選択式アンケートは無理やり番号付けすることで量的データに変換できるが（たとえば「１：カレー、２：唐揚げ」・・・みたいなの）、今回はそれは無視する。）質的データは、データの種類にもよるが、あまり散布図は向かない。質的データを表す場合、棒グラフや円グラフなどで表すと良い場合が多い。クロス集計表紙でグラフで図示する場合、紙は平面で2次元なので、よって図示にも限界があり、度数分布表も棒グラフも散布図も、紙に最大で2種類のデータしか扱えない。中学で習った度数分布表を、あれでデータが1種と見るか、それともデータが2種と見るかはともかく、ともかく、それ以上には、1つの度数分布表ではデータの種類を増やせない。もし、度数分布表でデータの種類を増やしたい場合、あらたに度数分布表を追加する必要がある（ただし、縦軸などは共有できる場合もあるので、見た目上は1つの表になる場合もある。今回はそういうのは2つの度数分布表として扱う）。ともかく、どんな図示をしようが、3種類以上のデータになると、紙では基本的にはパース無しでは表せないし、数学や情報科学のグラフでは基本的にはパースを使わないので、よってグラフ化できない。（ただし、コンピュータの統計処理ソフトなどで無理やりに3D表示できる場合もあるが、今回は無視する。）たとえば、「習慣的に、ここ1年のあいだスポーツを毎週していますか？」というアンケートで、回答者が25歳以上～40歳未満の大人だとして、回答者が男性か女性かの選択肢も追加した場合、仮に右の表のような結果が得られたとして、これは散布図にはふつうの方法では表現しようがない。なぜなら、項目が2つあり（「男性／女性／性別不明」の項目と、「している／していない」の項目）、さらにその回答者の人数というもう一つのデータが追加されるので、結果的に3種類のデータが必要だからである。なので、図示できないので、こういう場合、最終結果が数値的なものなら（たとえばパーセントとか人数・個数とかなら）、クロス集計表と言うのを使って、数値で表すと良い。 - ※ wikiの都合で上記表には表示できないが、回答者がどんな集団なのか、クロス集計表に付記して書いておく必要がある。回答者は年齢が25歳以上～40歳未満、住所・所在地がS県R市の、合計200名にアンケート。のように付記する必要がある。 ※ 余談だが、最近の表計算ソフト（Excelなど）やアンケート処理ソフト（Formsなど）では、クロス集計表のマス目の背景に棒グラフを表示できるものもある。（※第一学習社『情報I』で、テキストマイニングのツールの表だが、そういう画面を紹介）たとえ上記アンケートの女性の「している」15％の棒の長さを基準とした場合、「していない」30%の部分では2倍の長さの棒が背景に表示されるわけである。男性の「していない」35%では、女性の「していない」よりも、さらに少し長い棒が表示、という感じの機能が最近の表計算ソフトにある。インチキなグラフの例 - ※ 検定教科書で、グラフでよくあるインチキの「印象操作」の手口を紹介している。棒グラフなのに、間隔が等間隔でない例。円グラフなのに中心が円の中央でない例。 ※実教出版 3Dの円グラフは、手前が大きく見えるので、観客をダマす結果になりやすい（※ 東京書籍、実教I 巻頭見開き、）。 - 同じ値であるが、遠近法により前にある青色の棒の方が、後ろにある緑の棒よりも大きく見える。（※ 範囲外）こういう、余計な装飾や余計な情報などによって分かりづらいグラフ、誤解しやすいグラフのことを「チャートジャンク」と言う。なお「ジャンク」とは、ガラクタという意味の英語。 ※ 実習用コラムデータ分析は問題解決まで提案する Google フォームアンケートの作る際の考えかた誤解や解釈ブレのない質問文が必要ほか、アンケートの選択肢を作る際など、初心者によくあるミスとして、自分にしか分からない表現でアンケート文を作ってしまうミスがあります。たとえば勉強を何時間していますか？ 1： 0～1時間 2： 1～2時間 3： 2～3時間 4： 3時間以上のようなミスです。これはます、1日あたりなのか1週間あたりなのか不明です。家庭学習の時間を聞いているのか、それとも学校の時間を入れるのか、あるいは塾の時間を入れるのかも不明です。あと、1時間の勉強をしている人は、選択肢1なのか選択肢2なのか、どっちも不明です。学校の図書室での自習は？部活で勉強させられている場合は？・・・などなどです。文科省の動画教材で、上記の例があります。これを正しいアンケート文に直すなら、たとえばあなたは1日あたり、学校の授業以外（家庭学習のほか、学校での自習や、塾なども含む）でいつも何時間の勉強を何時間していますか？平均でお答えください。 1： 0時間以上～ 1時間未満 2： 1時間以上～ 2時間未満 3： 2時間以上～ 3時間未満 4： 3時間以上のようになります（上記は一例）。アンケートを作った本人は、本人の習慣を暗黙の前提にしてしまいがちなので、回答者に必要な説明が不足しているアンケート文を設計してしまうミスもよくあります。こういうミスは自分1人では気づきづらいので、アンケートを完成させる前に、確認として友達など数名といった誰か他人にアンケートを読んでもらって、分かりづらいところを指摘してもらうのが良いと思います（文科省の動画教材でも、友達などに読んでもらうように指導している）。アンケートのその他の設問ミスの例その他、フォーム設計のコツ高校レベルを大幅に超えるが、デジタル庁が、行政機関むけのフォーム設計のガイドラインを作ってたので、参考に。要点は - あらかじめ、記入可能な最大文字数を表示。 - 現在の文字数のカウンタをつける。 - 記入条件を表示。 - 記入例をプレースホルダーではなく入力欄の前にテキストとして表示（プレースホルダーにすると入力中に確認できず不便なので）現状、Googleフォームに文字数カウントの機能は無い。だが、記入可能な文字数の表示などは心がけで出来る。なお、最大文字数などの設定をしたい場合は、なお各フォーム右上のドロップダウンを「段落」にして、右下の(︙)をクリックして、「回答の検証」にチェックを入れると、最大文字数などの設定が現れるので、設定できる。 Googleフォームには現状（2024年）、制限文字数を自動表示する機能は無い。自由記述は、上記のように管理が難しい。なので極力、ラジオボタンやチェックボックスなどといった、自由記述ではない方式を使うのが安全である。自由記述は、なるべくアンケートの最後のほうに持ってくるのが望ましい。アンケートの前のほうには、ラジオボタンなどの、記述でないフォームを置くべきである。なぜなら、そうすることで、ボタンで回答したことは記述しなくて済むので、回答者にとって記述がラクになる。また、アンケート収集者も、ボタンで聞けることを文章で読まなくて済む。双方にとって利益があるので、自由記述欄はアンケートのさいごのほうに置くことになる。また、アンケートで1つの記述欄をもうける際も、ラジオボタンつきの質問に分解できるかどうかを検討したほうが良い。たとえば文化祭の演劇のアンケートで、（よい例） Q この劇は面白かったですか? 必須 :〇とても面白かった〇まあまあ面白かった〇あまり面白くなかった〇面白くなかった Q.2：感想があれば、お書きください。 ------------------------------------- \| \| \| \| \| \| ------------------------------------\| のようにラジオボタンつきの追加質問を前置きして分解すると、回答者は書きやすくなるし、またアンケート収集者も集計しやすくなる。なお、ややダメな例 ↓ この劇が面白かったかどうか、感想をお書きください。必須 ------------------------------------- \| \| \| \| \| \| ------------------------------------\| となる。 Google フォ－ムの場合、ラジオボタンを使う方法以外にも、ドロップダウンを「均等目盛」にする方法もある。目盛にはラベルをつけられないので、説明文のほうにラベルを一覧記載することになる。つまり Q.1：この劇は面白かったですか? 必須 4（とても面白かった）/3（まあまあ面白かった）/2（あまり面白くなかった）/1（面白くなかった） 1 2 3 4 〇〇〇〇のようになる。用語など「全数調査」「標本調査」数学の教科書に書いてあるので、それを参考にせよ。「期待値」、「ヒストグラム」など統計の数学用語は、情報iでも習う。中学でも習ったが、ヒストグラム（度数分布）は、1次元のデータ全体を見渡したい時に使う。散布図は、2つのデータの関連を見るのに使うものなので（たとえばクラス全員の数学の得点と物理の得点の関係とか）、1次元のデータだけ（たとえばクラス全員の数学の得点）を見たい場合は（散布図ではなく）ヒストグラムを使う。 - （※範囲外）ヒストグラムについて、高校数学や高校情報の検定教科書では度数分布表をもとに棒グラフにしたものと原理を習うが、 - しかしコンピュータの表計算ソフトでは、元データを指定してヒストグラム作成をソフトに命じればソフトが自動的に度数を数える仕組みであるので、わざわざ原理通りに度数分布表を作らずとも、ヒストグラムを作成できる。つまり、各階級の度数を人間が数えずとも、表計算ソフトによってヒストグラムを作図できる。「分散」や「標準偏差」など高校1～2年レベルの数学の用語は、情報iでも習う。「箱ひげ図」やや発展的だが、実教出版の教科書で「二項分布」、日本文教出版で「χ（カイ）二乗検定」、を習う。データベースの初歩データベースによく用いられるソースコード上での記法の形式には、CSV （シーエスブイ）形式や XML（エックスエムエル）形式や JSON （ジェイソン）形式などがあります。こういった形式だと、機械が解釈しやすいです。 - ※ 実教がCSVとXMLを紹介。加えて第一学習社がJSONも紹介。第一は読みもルビで紹介。 CSVはデータをカンマ（コンマ、「,」）で区切った形式です。（※「カンマ」か「コンマ」の違いは教科書会社ごとに違う。実教がカンマ、第一がコンマ）なお、実教も第一も、CSVとかの単元のあとに「外れ値」とかの概念の単元を教えている。データベースの常識として、バックアップを定期的にとる必要がある。（数研出版、東京書籍「情報II」の図）普通、バックアップと言った場合、外付けハードディスクやDVDなど別の記録装置に保存することである（※ 数研）なお、ミラーリングという技術とは別物である（※ 数研）。。一方、ミラーリングは、通信トラブルなどハードウェア的なトラブルにそなえて、データの保存時に、そのコンピュータのOSが接続している本体コンピュータの保存ストレージとは別に、別の保存ストレージにも同期して保存する技術である。ミラーリングだと、操作者自体が誤操作によって本体ストレージから消した場合、同期して別ストレージからもデータを消してしまうので、このような場合はミラーリングでは対処できない（※ 数研出版など）。ミラーリングよりもバックアップのほうが比較的に安全である（※ 数研出版の見解）。大企業や大官公庁などのデータベースは、利用者からは一つのデータベースに見えるが、実際は支社ごとのデータベースだったりして、それぞれの支社データベースからの情報をユーザー利用時に仲介システムでひとつにまとめているだけに過ぎない事もあり、このような仕組みを分散データベース（※ 東京書籍）または分散型データベース（※ 第一学習社）。分散データベースの利点として、アクセス集中を防げるため負荷の軽減や、また、もし事故などでデータベースが一つ壊れても、他のデータベースが生き延びるので被害を最小限におさえられる、などの利点がある。データベース管理システムをDBMS（ディビーエムエス）と略記することもある（実教I、東京書籍 II）。リレーショナルデータベース管理システム RDBMS という表現もある（実教 II）。銀行の取引履歴などもデータベース（※東京書籍 II）。金融機関もデータベース（※第一）。「金融機関」といったら、第一の想定しているのは銀行や保険とかだろうけど、証券取引所とかもデータベースだろうから・・・。どのDBMSも、データの一貫性を保つため、一つのデータテーブルを、複数人が同時に変更できないようになっており、先にアクセスしたほうがロックをかけ操作終了までロック中で（日本文教I）、このような仕組みを「排他制御」などと言う（東京書籍II）。どのDBMSも、「障害回復」のため変更記録のログを保存しており（日本文教I）、このため、現在データに不整合などが起きてもバックアップできる（日本文教I、東京書籍II、第一Iなど）。裏を返すと、データ変更履歴以外の画面などの雑多な操作はデータベースとは切り離されている（日本文教I、開隆堂I）。また、このような切り離し・独立性のある仕組みのため、データ以外の関連プログラムに不具合があって修正するときも、データに影響を与えないので、安全に修正できる（第一）。また、ユーザーごとにアクセスできるデータに制限をかけることができる。ユーザーAは接続（読み取り）〇・参照〇・更新× とか、ユーザーBは接続〇・参照〇・更新〇とか、ユーザーCは接続×（必然的に参照も更新も×）とか、制御できる（日本文教I）、こういう機能をアクセス制御（access control）という（日本文教出版II、第一学習社I）。（※英訳は日本文教出版I、数研I） - ※ C言語などのファイル操作の「読み取り」／「書き込み」などとは違います。 - ※ OSの各ファイルのファイル操作のアクセス制御とは（共通点もあるが）別物です。それとは別にデータベースソフトでは、もっと細かいアクセス制御のできるソフトも存在している。アクセス制御の「更新」は「変更」ともいい、文字通り内容を書き換えることは当然に含むが、さらに削除も含む（※第一学習社I）、なかなか強い権利である。データベースのアクセス権の「読み取り」は一般に、内容の表示も含みます（第一学習社）。データベースソフトの種類によっては、上記のような3パターン（接続／参照／更新）だけではないソフトもあり、もっと細かく制御できるデータベースソフトもあります。（日本文教出版I）。たとえば「データの追加は認めるが、データの修正は認めない」といった細かなアクセス制御が可能なデータベースもあります（日本文教出版I）。なお、こうしてアクセス制御などで与えられた各ユーザーごとのそれぞれの権利の状況をアクセス権という。データベースの「管理者」と言われる人が、こういった各ユーザーのアクセス権を管理している（※第一学習社 I）。（もし管理者以外の誰でもアクセス権を制御できてしまうと、セキュリティなどの意味を持たないので、管理者だけがアクセス権を制御できる仕組みになっていたりする。） - 整合性代表的なデータベース言語であるSQLにはデータ型があるのだが、しかし実教出版『情報II』ですたTEXT型しか紹介していない。JacaScriptとかPythonなどの（比較的に）モダンな言語とくらべて、SQLの言語の型は難しい。東京書籍の情報IIは、月日の入力で数値型や日付型っぽい概念をにおわせているが、しかし型の概念はデータベースの単元では紹介していない。（※そもそも型の概念を、実教ですら紹介していない。東京書籍は、これらの話題を「整合性」に分類。ビッグデータとデータサイエンスたとえば、大手通信販売サイトは、毎日、多くの人の購入履歴のデータを入手しています。また、コンビニなどは、POSシステムによって、どのような客層がどのような商品を購入しているかといったデータを、本社などに届けています。そして、このような購入履歴などの膨大なデータは、商品開発などにとても役立つデータです。こういった、多くの人などについてのデータといった、多様かつ膨大なデータのことをビッグデータ（big data）と言い、活用がされています。（※ 数研、実教I に英訳 big data あり）また、ビッグデータなどのデータから価値ある分析をするための学問として、数学や統計学やコンピュータ科学などを活用して大量のデータから意味ある情報や規則性などを見つける学問である「データサイエンス」（data science）と言われる学問も発達してきています。（日本文教出版 I）ソーシャルメディア（SNS）への短文投稿も、毎日多くの人が投稿しているので、みんなの投稿をあわせればビッグデータです（※数研、第一学習社）。ほか、自動車などのGPSのデータも、ビッグデータです（※数研）。なお、災害時には自動車の位置情報データが「通れた道マップ」などに応用されます（※日本文教出版 II）。 - 余談 GPSというと、携帯電話のGPS通信などによる位置情報は、実際は近くの基地局との通信です（※東京書籍『新編情報I』P36）。端末に「GPS」通信などと表示されていても、実際は基地局のIDを読み取って自機の位置を知る手がかりにしている場合も多い（日本文教出版 II）。 - ※ なお、日本文教出版は、原則スマホがGPS電波を直接受信していると主張する立場。なお、携帯電話、スマートフォンは、つねに基地局との通信のために微弱な電波を出しています（東京書籍I・II）。ひとつの基地局がカバーしている範囲を「セル」と言う。移動しても通話が切れないのは、基地局からの電波が一定以下になると自動的に別の基地局からの電波に切り替わり、セルが移動先の別基地局のものに切り替わるからである。なお、携帯電話やカーナビなどのGPS位置情報システムは、4つ以上の人工衛星からの情報をキャッチしている。誤差を無視すれば空間座標のx,y,zの3つぶんの衛星で良いはずだが、実際には誤差が発生するので4つ目の人工衛星からの電波が必要になる（※ 数研出版、日本文教出版II）。また、衛星からの電波状況が悪い場合などは、上述のように基地局などとの通信による位置情報に自動的に切り替わる。 - 余談2 経済産業省などが、日本中の小中高生の学習履歴や成績などのデータをデジタル上で集めて、教育用のAIのためのビッグデータを作ろうとしています[21]。 1990年代からもテスト業者の模擬試験などでコンピュータなどを活用して受験者の弱点分析などもしていましたが、2020年代以降に国によって学習履歴が収集されれば、かなりのビッグデータになります。 AIをこれらの教育ビッグデータ技術につなげようとするアイデアも、もう考えられています。すでに一部の塾などがAI活用しており、それを経産省が調査しています[22]。実際に国家によってビッグデータ化される場合は、生徒のプライバシーなどの議論もそのうち出てくるでしょう。情報IIの範囲見かけの相関たとえば、夏の暑い日々、アイスクリームが売れます。いっぽう、夏は暑いので、熱中症の患者が増えます。なので、アイスクリームの購入数のデータと熱中症のデータには正の相関がありますので（両方とも厚い時期に使うので）、アイスクリームと熱中症に相関関係はあります。しかし、だからといって「アイスクリームを食べると熱中症になる」といった因果関係はありません。このように、相関関係があることと、因果関係があることは別の現象です。相関関係があるのに（正の相関、または負の相関があるのに）、因果関係がない２つの現象について、そのような２つの現象を疑似相関（ぎじそうかん）といいます。別の第3の変数によって、2つのデータとも因果関係があって相関があるとき、2つのデ－タは相関が発生します。たとえば、夏の暑い日々の話なので、「気温」というデータが、その第3の変数です。上記の例の場合なら、気温に気づけるかどうかがポイントです。相関関係があるのに「疑似相関」というのは日本語として変ですが、しかし英語でそういうので( Spurious correlation は直訳で「見せかけの相関」と言う意味)、あきらめてください。 - ※ 用語は出してないが実教が情報Iで、『相関が強い場合でも、そこに因果関係があるとは限らない』。 - ※ 東京書籍が情報Iで、『かき氷の売り上げと気温に関係があり、気温と熱中症患者数に関係あるからといって、「かき氷の売り上げが増加すると、熱中症患者数が増加する」とは言えない』。なお、上記の例の「気温」のように、直接調べている2つのものに影響を与えている、直接は調べていない第三の因子のことを「交絡因子」と言います。（東京書籍の副教材で紹介しています） ※ 「交絡因子」は基本的には情報IIの範囲。ただし、数研が情報Iで傍注で紹介している。「チョコレートがよく売れる国では、ノーベル賞の授賞者が多い」なんていう話題が2010年代に話題になりましたが、これもおそらく疑似相関でしょう。貧乏な国は、チョコレートが買えない人が多いからです。チョコレートに限らず、貧乏な国では買えないようなものなら、同様に調べれば疑似相関の結果となるでしょう。過剰適合「過学習」（overtraining[23]）とか「過剰適合」(overfitting[24])とか「オーバーフィッティング」とか言って、（※ 日本文教出版が「オーバーフィッティング」で用語のみ紹介。東京書籍がグラフありで過剰適合、過学習で紹介）たとえば変数の次元を増やしすぎたり（たとえば５次式とか８次式とかもっと多い次数とか）すると、たとえば散布のすべての点がプラスなのに、近似曲線がマイナスに入る場合もある。特に、一つ目の例に示したグラフでは両端がマイナスに入ってるように、縁の誤差が大きくなりやすい。もちろん、実験対象によっては実際にマイナスになる可能性もあるが、しかし測定対象の種類によってはマイナスがありえないものもある。（たとえば「長さ」とか「重さ」だと、相対値以外ではマイナスはありえない。）過剰適合は、人工知能などがブームになる前から、近似曲線や統計学などの理論で古くから知られていた問題だが、しかし近年は人工知能などでも過剰適合は問題である。このような現象は、過去の測定データから未来を予想するときにも問題になりやすいので、人工知能などの機械学習でも問題になることが懸念されている（だから「過学習」と言っているわけで）。ほか、別の例としては、全体的に見れば比例的な形をしているのに、細かな蛇行に気を取られるような適合も、むやみに次数を増やすと、起こりがちである。（実教出版がこのような例を出している。）近似曲線は、誤差を小さくすることにとらわれず、全体的な傾向を見出すために使う必要がある。曲線がマイナスに突入していなくても、曲線が蛇行し始めて谷が3個も4個もあるいはそれ以上もいる状態は、そろそろ端部がマイナスに入り始める前兆なので、よって安全のために、もっと前の段階で（せいぜい谷が1～2個の段階で）近似式の次数を上げるのを止めることも多い。（「実教出版も東京書籍も、谷が1個の段階で近似を止めている。） - ※ 検定教科書では述べていないが、3次方程式にすれば、谷が1個で止まる。なので、3次式以下の次数にするのが安全だろう。 - ※ 機械工学や土木工学などの近似式では、2次式で止めているものも多い。工業高校の検定教科書にある近似式にも、2次式どまりの式は多い。2次式で止めれば、中学校を卒業したばかりの高校生でも使えるので、製造業や土建業の実務では2次式どまりの近似式も好まれている。余談だが、過剰適合の現象では特に両端で誤差が大きくなりやすいので（※実教出版の見解）、使用する範囲よりも大きい例をあらかじめ実験して測定しておくのも、ひとつの有効な対策である。たとえば１つ目の例ではx＝16までしか測定していないが、もしx＝20まで使うなら、余裕をもってx＝25とかx＝30くらいまで測定しておく、というのもテクニックである。検定教科書では述べていないが、情報科学、情報工学だけでなく機械工学や電気工学や土木工学などでも、近似曲線を使うことが多い分野があるので、過剰適合は問題になる。高校・大学の教科書で与えられた公式だけを使っている学生の段階では、まだ過剰適合に遭遇しないが、しかし会社や研究機関などの実務で、自分で近似式をつくる必要が出てくると、過剰適合の問題に遭遇することになる。（※ 範囲外）曲線グラフなどで測定範囲の外を予想するのを「外挿」（がいそう）と言う。いっぽう測定範囲の内側のまだ測定してない点を予想する「内挿」（ないそう）という。例で分かるように、外挿は誤差が大きくなりやすく、危険である。「過学習」「過剰学習」ともいうように、機械学習とも関係がある。というか、機械学習の分野で「過学習」という用語が使われている。機械学習の場合は、狭い範囲の訓練データに過剰適合してデータ外でトンチンカンな対応をするプログラムに育ってしまうことが「過学習」。機械だけでなく、私たち人間もそうならないように、時には視野を広く持ち、時には範囲外のことも学ぶ必要がある。 RDB 生徒番号などは、重複があってはなりません。リレーショナルデータベース（RDB）に登録されたデータにも、ID番号の重複があってはなりません。 RDbにおいて、ID番号のように、重複を許さないデータが「主キー」（primary key）です。※日本文教出版『情報II』普通のデータベースソフトなら、キーに設定している項目が重複すると、そもそもそのデータの登録自体が出来ないか、もし登録できたとしても警告などが出るでしょう。これが表計算ソフト（Excelなど）とRDBの違いです。表計算ソフトはそこまで気が利いてません。たとえば、ある高校の図書室の書籍の貸し出し状況のデータ表を作る際、まず事前に、生徒データ表、著者名データ表、書籍名データ表、などを作らないといけない（※東京書籍の例。日本文教出版もER図の単元で図書館システムを例にしている）。 - ※ 「正規化」という作業の一例。正規化にはいくつかの種類がある。説明は省略。東京書籍は説明していないが、著者名と書籍名をさいしょから一つのデータベースにまとめてはダメな理由がある。まず、書籍名データベースにもし一つ一つ著者名を入力すると、たとえば著者が半角英数と全角英数とで別著者として認識されたりしてトラブルにつながる。たとえば架空の漫画家「フジ・Ｆ・藤太郎」と「フジ・F・藤太郎」が別人だと判定されたら面倒である（Fが全角か半角かとか、「・」が全角か半角か、など）。また、ID化しないと、検索に時間が掛かりかねない。なお、こういうのを「表記ゆれ」と言う（※実教出版「情報II」で紹介）。表記ゆれを防ぐため、あらかじめ入力前にルールを決めておく必要があります。もし表記を統一しないまま入力してしまった場合、あとで表記を統一しなおすため修正入力する必要があり、これを「名寄せ」と言います。人名のほか、年月日でも「西暦2019年11月16日」と「2019/11/16」と「令和元年11月16日」と「令和1年11月16日」みたいに表記方法はいくつもあるので、注意が必要です。 - （※ 範囲外）年号に関しては、データベースソフトに「日付型」と言うのがあるので、それを活用すべきでしょう。西暦2019年11月16日なら、半角英数の「2019-11-16」または「19-11-16」または「20191116」または「191116」や「2019/11/16」や「2019@11@16」などしか受け付けなくなります。これでも数パターンも表記がありますが、しかし「西暦」「令和」などの全角の漢字が加わってパターンがさらに増えるよりかはマシです。前提として、和暦は使えません。入力形式は、たとえば2019-11-16なら「yyyy-mm-dd」などと説明されます。year（年）, month（月）, day（日）の頭文字です。同様、19-11-16なら「yy-mm-dd」、20191116なら「yyyymmdd」です。正直、ハイフンやスラッシュなどの区切り文字が無い形式は読み違えしやすかったりトラブルの元です。なお、ISO 8601 で規定されているのはハイフン方式の「2019-11-16」および区切り記号なしの「20191116」のような方式です。スラッシュ方式はISOでは禁じられているので、データベースの日付入力では避けるほうが安全です。また。日本のJIS規格でもISOに準拠して、同様のハイフン方式を採用しています。スラッシュ方式は、データベース以外・プログラミング以外の日常言語だけで用いるほうが安全でしょう。同じ理由で、出版社名もできれば事前にデータベース化すべきだろう（※東京書籍の検定教科書の例ではそうなってないが）。情報処理学会の動画でも、メーカーは別テーブルにしろと言っている情報処理学会『3. データベース (5) データベースの設計（情報通信ネットワークとデータの活用）』 (4分00秒ごろ)。このようなテーブル分割は「正規化」（せいきか）と言われる処理の一種である。もしテーブル分割しないと、出版社名やメーカー名に紐づけしている会社所在地などの付随情報がもし引っ越しなどで変更したとき、その出版社・メーカーについての何万件もあるようなすべてのデータベース登録項目を手動で修正する必要があるので、ふつうの人間では無理であるので。東京書籍の例では、「生徒表」「書籍表」「著者表」「貸出管理表」の４つから学校図書館貸し出しシステムを構成している。そして、貸出管理表には、貸出番号（101, 102, 103, ・・・のように1ずつアップしていく）と、借りられている書籍名のIDと、生徒番号のIDと、返却日の記録する。けっして直接は書籍名や生徒名は入れない。そういった理由からか、まず著者名データベースで、著者名IDと著者名を定義する必要がある。そして、書籍名データベースでは、著者名は直接は入力せず、代わりに著者名IDを入力していく必要がある。 SQl用語の「選択」「射影」「結合」など、『情報の科学』時代から教えられており、情報IIでも引き続き教えられている。実教『情報II』は紹介するsql言語にSqLite（エスキューライト）を採用。pythonにも組み込まれている。（実教の情報IIがpython推しだからだろう。） Excelファイルには、パスワードをかけることができる（※ 第一学習社）。特に秘密度の高いデータなどの管理では、パスワードをかけることもある。データベースの集合演算の、「和集合」演算とか「差集合」演算とか（※ 第一学習社の『情報II』検定教科書にもあります）、情報処理学会の動画で説明されているので、視聴してください。情報処理学会『3. データベース (2) リレーショナルデータベースの考え方（情報通信ネットワークとデータの活用）』（5分00秒ごろ）データベース独自の演算である「射影」演算などについては、リンク先動画の6分00秒ごろにあります。「射影」は指定した列だけを取り出す演算のことです。「選択」は、特定の条件を満たす行を取り出す演算のことです。「結合」は、共通する列をもつ複数の表の列をあわせて（※ 情報処理学会の動画）、ひとつの大きな表にすることです。 - ※ 「結合」について、検定教科書では「共通する列」が必要という条件が教科書本文では抜けていますが、しかし日本文教出版の情報IIの『情報II』の図を見ると共通列があるので、情報処理学会の動画の言う通り共通の列が必要です。ほか、SQLに関して、ワイルドカードを教えている（実教出版 II、日本文教出版 II）。 SELECT FROM テーブルにおいて、アスタリスク記号「*」は、「すべて」の意味を持つ。つまり、「テーブルの全部の列を表示しろ」という意味になる。上述のような「すべて」という意味でのアスタリスク記号のことをワイルドカードと言う。なお、SELECT 機能は、ワイルドカード以外を使った場合は、「射影」に相当する。なぜなら SELECT命令は列を取り出す命令なので。（※ 情報処理学会の動画） ※ 経産省の目標経産省および独立行政法人情報処理推進機構が、現代のIT人材に必要な能力の目標の例を定めており、経済産業省・情報処理推進機構『デジタルスキル標準』ver.1.1 ,2023年8月』で定めています。このデジタルスキル標準によると、データ分析の際、一次情報と二次情報の区別も定めています『デジタルスキル標準』P.42 。経産省がこの情報Iのデータ分析の単元と近いことを資料で説明しているので、せっかくだから、ついでに、文科省だけでなく経産省の目標にも役立つ知識にアップグレードしてしまいましょう。なお、日本国の内閣官房が、文科省や経産省に対して、デジタル人材育成の教育で連携しろと命令してます[25]。では、下記に一次情報と二次情報とは何かを説明します。一次情報と二次情報実際に自分の目で確かめたとか、政府の統計など余計な判断が加わってない情報、あるいは、それらに近い情報を一次情報と言います。一方、他人の選別や加工が加わった情報のことを二次情報と言います。（※数研出版『情報I』、東京書籍『情報II』）本やインターネットなどの情報はふつう、二次情報です（東京書籍）。アンケートやインタビュー、実験などによって得られた情報は一次情報です。（東京書籍） - ※ 私たちは、この単元でアンケートの仕方や処理のしかたなどを習ったので、一次情報の取り方については習っています。経産省らの資料では、データの検証は基本、一次情報で検証しろ、と言っています。「一次情報を用いたデータの検証」という語句が経産省の資料にあります。実際には、一次情報は集めるのに時間が掛かるため、二次情報も集めざるを得ないのですが（数研）、二次情報の検証法についてはメディアリテラシーの単元でまた説明します。経産省の資料に、下記のリストが書かれています。 ⚫ データドリブンな判断プロセス ✓ 仮説構築 ✓ 仮説の修正 ✓ 一次情報を用いたデータの検証 ✓ データの信頼性の判断・明示（中身に誤りや偏りがないか、量が十分にあるか、出所や更新日が明確か、組織のルールに基づいて取り扱われているデータか等） ✓ 分析結果に基づいた意思決定 ⚫ 分析アプローチ設計 ✓ 必要なデータの確保 ✓ 分析対象の構造把握 ✓ 業務分析手法 ✓ データ・分析手法・可視化の方法の設計 ⚫ モニタリングの手法仮説の構築や修正は、PDCAサイクルなどで現実を見ながら修正してください。（※なお、検定教科書では、実教I、日本文教出版I、数研I で記載をPDCA法の確認。） - Plan＝計画、 Do＝実行、 Check＝評価、Action＝改善、 - という意味です。「一次情報を用いたデータの検証」は、先ほど話しました。データの片寄りは、これは高校生では、費用や時間の限界で、対処のしようがありません。大人になってから、必要な人が、検証したいことについて、色々な観点のデータを集めることで、片寄りを減らしてもらうしかないでしょう。とりあえず、ネット上での意見サイトには、「サイバーカスケード」という、そのサイトに集まる仲間内で情報が片寄る現象が知られているので、サイトは基本的に片寄ってることを前提にするのが良いでしょう。出所（でどころ）や更新日は重要です。たとえ形式的にCSVファイルとかJSONファイルとかの形式のデータでも、出所が不明だったり更新日が不明なデータは、信頼性が低いと疑ったほうが良いでしょう。「分析アプローチ」以降は、私たちにはどうしようもありません。以降は専門家の大人たちに任せましょう。情報II：その他のデータベースの種類リレーショナルデータベース（RDB）以外にも、他の種類のデータベースもあります。「階層型データベース」や、「ネットワーク型データベース」です。しかし、データベースソフトとしては、RDB以外の種類は、あまり使われていません。資格試験とかに出てくるからか、検定教科書では書いてありますが、2020年代では、ほとんど使われてない技術です。しかし、裏を返せば、RDB以外の種類のデータベースを反面教師として、RDBは発達したわけです。では、反面教師として、学びましょう。 ※範囲外「階層型データベース」とは階層型データベースというのは、たとえるなら、パソコンのフォルダシステムのようにデータを管理する方式です。銀行の中枢システムみたいなマニアックな用途でしか、階層型データベースは使われていません。（たとえばIBMのw:IMS、その互換の日立AMD、富士通AIM くらいです[26]）そもそも、このIBMのIMSは、データベース言語がSQLではなく「DL/I」という独自言語です。つまり、SQLしか教えない検定教科書は、暗に、階層型データベースを非推奨としているのが実態なわけです。立場上、教科書会社は表立っては階層型データベースを批判していませんが。 IMSは、1970年代からある、古いデータベースです。なお、21世紀にらIMSはSQLでも入力できるようになりましたが、しかし内部では DL/I に変換しているのが実態です。単にユーザー側のインタフェースだけSQL対応しているだけです。オラクル社がそう言っていますOracle Application Server Adapter for IMS/DBユーザーズ・ガイドで（※ 引用）「SQLは、バックエンド・ドライバでIMS/DBで認識される言語に変換され、IMS/DBに渡されて実行されます。」だと。 IMSはコボル（COBOL）とかそういう古い時代のレガシー技術なので、今の学生は勉強しなくていいです。レガシー技術は、仕事で必要になった人が仕方なく勉強するものです。IT技術者の勉強では、なるべく新しい技術や、市場で普及した技術を勉強しなくてはいけません。 - 余談あと、階層型データベースというのは、たとえるならパソコンのフォルダシステムのようなものなのですが、 Windowsなどのある現代では「だったら、最初からパソコンのフォルダでデータ管理すればよいのでは・・・？」という代替方法もあります。（なお、IMSの登場した1970年代ごろは、まだWindowsがありませんでした。そういう時代のデータベース技術です。MS-DOS （エムエスドス）登場の1981年よりも、ずっと前の技術です。）階層型データベースの欠点として、複数の親フォルダに使われるデータがある際、重複登録しなければならない、という欠点があります。まさに、現代のフォルダ管理と同じです。 ※ ネットでは語られませんが、問題なのは、データの更新のときです。重複登録されたデータがある場合、片方だけを更新しても、残りの重複データには更新が反映されません。 - 裏を返せば、重複データにも更新が自動的に行えるように反映できるシステムに設計すれば、解決するわけです。これはネットワーク型データベースの発想になるでしょう（未確認）。なお、データベースに限らず、フォルダで情報を管理するときのコツなのですが、あまりに階層を深くし過ぎると、探しづらくなります。なぜなら、「あのデータ、どこの階層にあったっけ？」って思い出す必要が生じてしまうからです。まあ、ファイル検索で探せますが。しかし、そもそもファイル検索で探すなら、ファルダ分けをする必要自体がありません。まあ、せいぜい、たとえば「画像 2023年」みたいに大まかな年やコンテンツ種類などを記載したフォルダを作っておき、そこに画像は全部入れておくのが、現代ではコツです。 OSにはファイル検索システムがありますので、ファイル名のほうに、たとえばファイル名で「アニメオニスレイヤー画像1」みたいにファイル内容が分かる命名にしといて、その画像を探したくなったらファイル検索で「オニスレイヤー」と入れて探せばいいのです。フォルダ分けの分類は、あるていど画像が何十枚もたまってから、あとから分類を行うのです。もし画像が1つしかない段階で、いきなり分類しても、ピント外れな分類になるだけです。で、1970年代の昔は、検索システムがあまり高速ではなかったので、フォルダを深くするように階層を深くしたデータベースにも意義はあったかもしれません。ですが、2020年以降の現代は違います。パソコンの性能が低かった1970年代と比べたら、現代はぜいたくな環境があるので、そのぜいたくな環境を活用したシステム構築やプログラミングをするほうが、バグなども少ないプログラミング等ができます。このような、ぜいたくな最新環境を活用するノウハウのことを日本のプログラマー界隈では俗（ぞく）に「富豪的プログラミング」と言います。富豪的プログラミングを提唱した日本人プログラマーは下記のように述べています。「ユーザインタフェースのプログラムでは機械の効率よりも使い勝手が優先されるべきですし、プロトタイプの作成とその評価/改良のサイクルを数多く繰り返す必要があるのですが、計算機資源を節約しようとするとこれらの条件が後回しになりがちだからです。」 - ※ 高校教育ではプロトタイピングについては『情報II』で習う。階層型データモデルの欠点もまさにこれと同じで、ともすれば、プロトタイピングをロクにできない状態でデータ構造を設計しなければなりません。なので、設計者にかなりの技量が必要です。RDBに淘汰されて普及しなかったのは当然です。 21世紀におけるソフトウェア設計のコツとして、決していきなり処理速度の速いソフトウェアを作ろうとすべきではなく、まずは、処理速度が遅くてもいいので、プログラマーが作りやすくてユーザーにも使い勝手のいいソフトウェアを試作（プロトタイピング）して実際にテストして検証して、あとから処理速度を高める改修をしていくのがコツです。使い勝手が悪いせいでロクに市場でユーザーに使われておらず検証されないソフトウェアの速度が高くなるように設計できても、なんの意味もありません。なぜなら、そもそも使われないので。脚注 - ^ 実教出版『情報II』 - ^ 実教出版『情報II』 - ^ 実教出版『情報II』 - ^ 日本文教出版『情報II』 - ^ 東京書籍『情報II』 - ^ 実教出版『情報II』 - ^ 実教出版『情報II』 - ^ weblio辞書「欠損値」 - ^ 平井聡一郎著『これならできる！学校DXハンドブック小中高特別支援学校のデジタル化を推進する「授業以外のIT活用事例」』、翔泳社、2022年 3月16日初版第1刷発行、P128 - ^ 平井聡一郎著『これならできる！学校DXハンドブック小中高特別支援学校のデジタル化を推進する「授業以外のIT活用事例」』、翔泳社、2022年 3月16日初版第1刷発行、P128 - ^ 渡辺光輝著『逆引きICT活用授業ハンドブック』、東洋館出版社、2023年5月30日初版第1刷発行、P118 - ^ [1] - ^ [2] ※Fisher検定とYates補正への批判論文の話題のツイート - ^ [3] - ^ ※批判論文に対する批判論文 - ^ [4] - ^ 松本一則（栃木県立学悠館高校教諭）監修『第18回データ分析にチャレンジ! \| 情報I \| 高校講座』、放送日：1月19日（※wiki注：2024年1月19日）、 - ^ 蓑手章吾著『個別最適な学びを実現するICTの使い方』、学陽書房、2022年4月14日初版発行、P145 - ^ 蓑手章吾著『個別最適な学びを実現するICTの使い方』、学陽書房、2022年4月14日初版発行、P145 - ^ 蓑手章吾著『個別最適な学びを実現するICTの使い方』、学陽書房、2022年4月14日初版発行、P145 - ^ 「未来の教室」と EdTech 研究会、『「未来の教室」ビジョン経済産業省「未来の教室」と EdTech 研究会第２次提言』、2019 年 6 月、P3 - ^ 「未来の教室」と EdTech 研究会、『「未来の教室」ビジョン経済産業省「未来の教室」と EdTech 研究会第２次提言』、2019 年 6 月、P11 - ^ 実教出版『情報II』 - ^ 日本文教出版『情報II』 - ^ デジタル田園都市国家構想担当大臣若宮健嗣『デジタル人材の育成・確保に向けて』、令和４年２月４日、P.3 - ^ 「階層型データベース」調べても基本概念以外ほとんど情報が出てこないです。製品名、解説サイト、使用している企業/システム、経験談等具体的な情報を教えてもらえませんか？
null	null	高等学校情報/情報I/プログラミングの基礎技術基礎知識 - ※ 中学校では、すでに技術科で「繰り返し」「条件分岐」など制御の考えかたや、それらのフローチャートの例を習ってます。しかし中学技術科はメカトロニクスなども意識した内容です。このため、「for文」など「if文」などの語彙は中学では習ってない可能性も高いです。（少なくとも2020年頃は） - 2021年の近年、小中でプログラミング教育の導入が話題ですが、過去の日本の中高のIT教育の実例によると、どちらかというとHTMLのようなwebプログラミングが主体でした。なので、JavaScriptはまだ習ってない場合があります。なお、windowsで下記のプログラミングを実行するためには一般に、あらかじめコンパイラなどの実行環境のインストールが必要です。（テキストエディタにそのまま文字を入れても、何も起きません。）例外的にJavaScriptなら、webブラウザを用いて実行できますが、しかしC言語など他の言語のコードはwebブラウザでは処理が不可能です。入門レベルの中学高校生が実行するには、たとえば教育用の簡易的なC言語実行アプリ、または教育用のPython実行アプリなどの利用が考えられるでしょう。典型的なプログラミング - ※ 2022年度以降の新カリキュラムで習う可能性が高い内容です。[2] 文字列の表示テキストを扱うプログラミング言語では、多くのプログラミング言語で、 print("Hello, world!") のような構文で、文字列を表示します。上の例はPythonで、 puts("Hello, world!") となります。また、JavaScriptの場合は window.confirm("Hello, world!") と関数ではなくメソッドです[4]。 Pythonの場合、 print("Hello, world!")を実行すると、 Hello, world! と表示されます。 if さて、中学校で「条件分岐」の考えを習いましたが、しかしどのような構文で条件分岐のプログラミングが出来るかは、習っていないでしょう。（カリキュラムによる）多くのプログラミング言語では、条件分岐にif文を使います。たとえば、Pythonの場合は if x == 2 : print("abcd")は、「もし変数xが2なら、文字列 "abcd" を表示せよ」という意味になります。他の言語でも一般的に、区切り文字に違いなどがありますが概ね if 条件 : 処理の語順でif文が書かれます。 for 多くのプログラム言語で、繰り返しには、for文を使います。たとえばPythonの場合、 for i in range(5): print("a") なら、表示結果として a a a a a と画面に文字出力されます。 for 変数 in range(回数): 処理の書式です。この様にプログラミング言語が異なると、同じ機能を実現するためでも、異なるプログラミングが必要になります。「コメント」という用語たとえば、Pythonでは、「#」という記号を使うことにより、その記号から文末までにメモを入れる事が出来ます。 # 「ようこそ」と出力 print("ようこそ") つまり、上記のコード例の場合、 #記号以降から文末までの『# 「ようこそ」と出力』の部分は実行されません。この「#」記号のような機能のことを、プログラミング用語で「コメント」と言います。コメントの機能は、他の多くのプログラミング言語にもあります。記号の文字そのものは違いますが、C言語やJavaScriptにもコメント機能があるので、プログラム中にメモを必要に応じて書くことができます。関数プログラミングでいう「関数」（function）と、数学用語の二次関数や三角関数などの「関数」（function）とは、意味が違います。（日本語でも英語でも、つづりが同じです。）プログラミングでいう「関数」とは、コンピュータにさせたい処理手続きをまとめたて名前をつけたものです。 - ※ なお慣習的にプログラミング界隈では、どうしても数学の三角関数などのことに言及したい場合、区別のため、数学の関数のほうは「数学関数」または「算術関数」などと呼んで、区別する場合があります。そして、C言語やJavaScriptやPythonなど、多くの現代で普及しているプログラミング言語には、プログラミングでいう「関数」の機能があります。 - ※ Pythonのプログラミングについては『Python』を参照、その関数の文法については『Python/関数』の「初歩的な内容」の節を参照してください。 - ※ 関数のコードについては、C言語とPythonとで大きく異なるので、本ページでは説明は省きます。どの言語でも、理解すべき用語は「関数」のほか、「引数」（ひきすう）と、「戻り値」（「返り値」ともいう）という用語が基本的です。プログラミング言語によっては、この繰り返し処理の関数のことを「サブルーチン」と読んだりします。関数にする際の注意点ある関数Aから、別の関数Bを呼び出すこともできます。ただし、たとえば関数Aから関数Bを呼び出し、その関数Bから関数Cを呼び出し、関数Cから関数Dを・・・（中略）・・・、関数yから関数Zを呼び出す、みたいに、あまりにも呼び出しの階層が深すぎると、かえってプログラミングしづらくなることが、経験的に知られています。 - ※ 文科省の教員向け研修教材にも書いてあります。関数の呼び出しの階層が、あまり深くなり過ぎないようにしましょう。同様に、プログラミング言語の多くには、実行中のファイルから別のファイルを呼び出してそれを実行する機能もあるのですが、やはりファイルAからファイルBを経由して・・・（中略）・・・ファイルZを実行、みたいなのは、とても困ります。このように、プログラミング言語には、あるモジュールから別のモジュールを呼び出す機能があります。 - ※ ここでいう「モジュール化」とは、機能別に（コードなどを）別々のグループにまとめる事などで、部品の取り替えや交換や更新などを容易にする、という意味です。製造業などでいう「部品のモジュール化」などと同じ意味です。python用語の「モジュール」とは意味が異なります。関数化などモジュール化の際の注意点として、モジュールから別のモジュールを呼び出す際の階層構造があまり深くならないように、全体設計をする必要があります。[5] この理由のひとつは、会社などの仕事でつくるプログラムは一般的に集団作業だから、です。もし階層構造が深くなりすぎると、他のプログラマーがモジュールを探しづらくなったり、あるいは、モジュールの見落としのミスによって、プログラムミスなどの不具合の発生につながったりします。（※ 研修資料には、こういう理由までは書いてないです。）仮に現時点では自分ひとりで作っているプログラムであったとしても、もしかしたら将来には別の人（たとえば後輩など）がそのプログラムを引き継ぐかもしれない、といった将来まで考える必要があるのです。 - ※ 複数の似ている処理内容をなんでもかんでも共通化しすぎると、階層構造が深くなりがちです。階層が深くなりすぎるミスは、プロのITプログラマーでも初心者だと、やりがちですので、特に気をつけてください。同様の理由で、モジュールの数をあまり増やしすぎたりしないようにする工夫も必要ですし、あるいは一つのモジュールから呼び出すモジュールを増やしすぎないようにする工夫も必要です。[6] その他の重要概念乱数サイコロの目のように、確率的に発生する現象をコンピュータで実行したい場合、「乱数」という機能を使います。これらの機能には、 random （ランダム）などの用語が使われる場合が多いです。 Pythonの場合なら、本wikiでは『Python/モジュールのインポート』に説明があります。リスト Pythonでは「リスト」、C言語やJavaScriptでは「配列」と言われる機能があります。 Pythonの場合については『Python/リスト』を参照してください。プログラミング以外のコンピュータ課題解決コンピュータに計算させたりそれを表示させたい場合、なにも必ずしもC言語やPythonなどのプログラミングの方法を使う必要は無い。 Widows用のオフィスソフトのエクセル（EXCEL）でも、計算などが可能である。（※ エクセルを使う方法は、文部科学省の教員用資料にも紹介されている、教育的にも正当な方法です。） - ※ エクセルを使う場合、教養として高校〜大学初級レベルの数学知識の他、さらにIT知識として「CSVファイル」というデータ形式を知っていると、何かと都合がいい。[7] 範囲外？: JavaScriptのプログラム（東京書籍や日本文教出版などの一部の教科書で、JavaScript（ジャバスクリプト）が紹介されている。） webブラウザ上で、ちょっとしたプログラムを動かしたい時のためのプログラミング言語として、『JavaScript』（ジャバスクリプト）があります。なお、名前の似た別のプログラミング言語として、『Java』（ジャバ）がありますが、まったく別の言語です。さて、本書では、JavaScriptについて、説明します。まず、次のコードを見てください。JavaScriptは、次のコードのようhtmlに埋めこんで（うめこんで）、使います。 <DOCTYPE html> <html> <head> <title>わたしたちの学校</title> </head> <body> <script> var hensuu = 132; document.write(hensuu + 100); </script> <h1>わたしたちの学校</h1> <p>わたしたちの学校を紹介します。わたしたちの学校は・・・</p> </body> </html> まず、JavaScriptを使うためには、 <script type="text/javascript">および </script>が必要です。このタグ内には、JavaScriptのプログラムだけを書かないと、いけません。もしタグ内に、htmlタグ（pタグやh1タグなど）を書くと、エラーになります。また、プログラムの文を入力するときは、文字入力モードは、直接入力モードにしてください。ほかの文字モードで入力しても、エラーになるでしょう。さて、JavaScriptで、足し算などの計算のために変数（へんすう）を使用できます。まず、上記のプログラムでは、「hensuu + 100」という計算をしています。上記のプログラムでは、「hensuu」は、変数です。このように、変数をつかって計算を行うためには、「これから変数をつかいます」という事をプログラム中で宣言する必要があります。変数の使用を宣言するには、変数の名前の前に「var」をつけ、スペースを1文字あけます。言い方を帰ると、varの後ろにある語句が「変数である」と認識されます。（なお、「var」とは、英語のvariable（バリアブル）が由来であろう。variableの意味は、「変数」。数学用語でも、数学の変数のことを「variable」という。）「var hensuu;」の意味は、「変数として「hensuu」を用意しなさい」という意味です。さて、javascriptによるプログラミングでは、1個の変数の作業が終わったことを示すために、さいごに「;」（セミコロン）をつけます。「hensuu = 132;」の意味は、「変数『hensuu』に、数値132を代入しなさい」という意味です。 JavaScriptにかぎらず一般にプログラミングでは、「 =」記号の意味は、「代入をやりなさい」の意味です。数学の等号とは、意味が違いますので、気をつけてください。一般にプログラミングでは、 =の右側にある計算の結果を、 =の左側にある変数に代入します。さて、javascriptによるプログラミングでは、1個の変数の作業が終わったことを示すために、さいごに「;」（セミコロン）をつけます。上記のプログラムでも、「var hensuu = 132;」となっています。他の言語では、変数の宣言方法が違っている場合もあるので、まったく暗記の必要は、ありません。なお、数学でいう「変数」とは少し事情がちがていて、JavaScriptの変数の名前は1文字でなくても、かまいません。（一般に、ほかのプログラミング言語でも、変数名は1文字でなくても、かまわない。）そして、JavaScriptの変数は、数でもありますので、四則演算（数学でいう「＋」、「ー」、「×」、「÷」）などの計算をできます。（一般に、ほかのプログラミング言語でも、変数をつかって、四則演算の計算をできる。）たとえば、上記のプログラムでは、「hensuu + 100」という計算をしています。そして、式の終わりであることを示すために、さいごに「;」（セミコロン）をつけます。上記のプログラムでも、「hensuu + 100;」となっています。「document.write()」とは、「カッコ内の式を出力しろ」というような意味のプログラム命令です。そして、そのカッコ内に、「hensuu + 100」と書かれているので、その式のとおりに計算して「232」（＝132＋100）を表示する仕組みです。プログラムを実行するには、このJavaScriptの書かれたhtmlファイルごと保存してから、そのまま普通のwebブラウザで、そのhtmlファイルを開くだけです。実際に上記コードの書かれたhtmlファイルを開いてみると、計算結果の「232」（＝132＋100）も出ています。 - ^ 中川一史ほか編著『GIGAスクール構想取り組み事例集ガイドブック』、2022年2月15日初版第1刷発行、P.5 - ^ 教員用教材【高等学校情報科「情報Ⅰ」教員研修用教材(本編)】第3章 - 20200722-mxt_jogai02-100013300_005.pdf 『コンピュータとプログラミング』 P115あたり - ^ Python3では、print は組込み関数ですが、Python2 では命令で文字列を括る括弧は不要でした。 - ^ JavaScriptでは、確認ダイアログのポップアップを文字列の表示に変えました。 - ^ [1] p208 - ^ [2] p208 - ^ 教員研修用資料のP170にもCSVの記述あり。その他、ファイル内検索で何箇所もCSVが出て来る
null	null	高等学校情報/情報I/モデル化とシミュレーション - ※ 情報Iの単元（2023年現在）。 - ※ 旧課程では、情報B、「情報の科学」に合った内容。モデル化世の中には、何かを確かめるために実験しようにも、本番で実験しようとすると、費用が掛かる、時間がかかる、命にかかわる、などの理由で、本番で実験するのが難しいことが多くあります。また、スポーツの試合とか手術は、そもそ本番は一度しか出来ません（※数研、東京書籍）。そのような場合の対応を練習したり予測したりするため、実物・本番に似せたものを作って、代わりにそれで、実験または計算などを行うことがあり、そのような実物の代わりのものをモデルと言います（※日本文教出版ほか、）。完全に実物そっくりではなく、知りたい事に関係のない、必要のない特徴については、似せません。たとえば、駅の入り口にある路線図を考えてください。実際の地図上での長さと、路線図の長さは、まったく違います（※東京書籍など）。そういう必要のない情報まで似せてしまうと、分析が難しくなってしまう場合もあるので、モデルでは、なるべく簡単に作ります。このように、モデルを作る際は、単純化をします。単純化とは、その問題で本質的な部分だけを取り出し、他の部分の情報を省略することです（日本文教出版I、東京書籍I、第一学習社I）。建築のモデルハウスの実物大の家なんかも、その名の通り、モデルです。モデルハウスのように、実物大のモデルのことを実物大モデルと言います（日本文教出版）。自動車や航空機などの空気抵抗を調べる場合などは、なるべく実物大で行いますので（※数研出版）、このような抵抗実験における、代わりの実物大の模型も実物大モデルです。、実際より小さいミニチュアのモデルもよくあります。地図や地球儀などもそうです（日本文教出版）。理科などの数式も、モデルの一種です。数式によるモデルを、数式モデルまたは数理モデルなどと言います（第一学習社、日本文教出版）。たとえば、物理の運動方程式を考えるときは、その材質がビー玉かとか鉄球とか材質は無視して、単に質量が ××グラムの小さな硬い球を転がして、別の質量△△の四角い物体にブツけたらどうなるか、みたいに、予想に関係のない情報は省略して考えますが、このような省略もモデル化の特徴です。なにも理科だけでなく、お金の計算もそうです（日本文教出版I）。「毎月、貯金が1万3000円ずつ増えるとき、18か月後にどうなってるか？」という予想を考えるとき、どんな理由で貯金してるのかとか、誰が貯金してるのかとか、それは答えに関係ありません。この運動方程式や貯金の予想などのように、検証したいことと関係の無いことが分かっている情報については、モデルでは再現しないのが一般的です。化学の分子模型もモデルです（※開隆堂、数研、日本文教出版）。分子模型のように、ミクロの世界を拡大したモデルなど、実物より大きなモデルのことを拡大モデルと言います（※日本文教出版、）。そもそも模型は英語で model （モゥデル）です。プラモデルもプラスチック模型。模型の「模」の字は、模倣・模擬の「模」。なお、一般的なプラモデルはミニチュアなので縮小モデルです（第一学習社）。駅の入り口にある運賃の路線図も、あれもモデルです（※第一学習社）。実際の駅と駅どうしの距離と、あの図での駅と駅の距離は、まったく比例していません。駅の入り口のあの図で知りたい情報は、「どの路線にどの駅があって運賃がいくらか」といった情報なので、それ以外の情報は省略しているのです。だから、駅の入り口のあの運賃のある路線図もモデルです。なお、路線図やフローチャートなど、対象を図で表したモデルのことを「図的モデル」と言いますまた、災害などは、命にもかかわるし（※数研出版）、道徳的にも理論を確認するために本番の災害を起こすのは問題ありますので、そのような分野でも、モデルは有用です。シミュレーション実際の問題の予想や解決策を探すなどの目的で、なるべく実際に近いモデルを使って試行することをシミュレーションと言います（※数研など）。コンピュータの無い時代からシミュレーションはあります（※数研）。たとえば、大地震が起きたときの感覚を体験する地震体験車もシミュレーションです（※第一学習社）。コンピュータを用いたシミュレーションの場合、モデル化されたデータやプログラムをもとに、乱数を用いてシミュレーションできます（※ 東京書籍）。シミュレーションの例たとえば、家を建築する際、いきなり建築するのではなく、現代では事前に3DーCGで建築結果の予想を表示できます。（※開隆堂、東京書籍）また、家主・注文主に見立てたキャラクターの主観視点で、ＣＧの家の中を歩き回って、観察することもできます（※開隆堂、東京書籍）。 - ※ もし仮に、シミュレーションしなかったとして、実際に家を建ててから問題点が見つかると、修理にとてもお金が掛かったり、そもそも直せなかったりする場合もあるので、なので事前にシミュレーションすることはとても大切です。自動車の免許をとるための教習所には、普通、自動車の運転シミュレーターがあります。初心者が自動車の事故を起こしては大変なので、最初の練習などとして運転シミュレーターが教習所ではよく使われている（東京書籍I）。他にも、航空業界では飛行機のパイロット訓練用などのフライトシミュレーターがあります。これは、パソコンゲームの「フライトシミュレーター」とは全く（まったく）の別に、実際の航空機のコクピットを模した大型のフライトシミュレーターというものもあり、航空業界ではパイロットの訓練に用いられています（※第一学習社、数研）。失敗してもパイロットの命が安全です（※第一学習社）。 ※ あと、第一学習社は述べていませんが、飛行機はとても値段が高く、たとえば数億円～数十億円もしますので（※あまり値段をwiki著者がきちんと調べてない）、節約にもなります。たとえコクピットを模したシミュレーターに１億円くらいかかろうが、それでも実際の航空機の数十億円とかと比べたら安上がりです。ほか、電車の運転士のための運転シミュレーターもあります（※数研）。 - ※ ゲームセンターの「電車でＧＯ」とは別に、鉄道会社での訓練用の運転シミュレーターがある。なんかテレビ番組で見た。なお、操作はだいぶ難しそうだった。また、洪水などの災害予測でも、コンピュータを用いたシミュレーションが行われており、ハザードマップはこういったシミュレーションの成果で作られています（第一学習社）。なお、気象の予測もシミュレーションです。気象の予測では、とても多くの要素を含んだ計算を行うため、大型のコンピュータ（スーパーコンピューター）が必要です（東京書籍I）。自動車の空気抵抗の、コンピュータによるシミュレーションでも、スーパーコンピューターが一般には用いられます（※東京書籍I）。「未来の人口予測」とか、ああいったのもシミュレーションです（日本文教出版I）。道徳上、どうしても実物を使った実験ができないものもあり、そういう分野ではシミュレーションが問題の解明のためのヒントになります。手術のシミュレータというのもあります（※ 数研、東京書籍 I ）。なお、手術シミュレータは3D-CGを使う方式です（※ 数研）。シミュレーションは、あくまで与えられた条件下での検証でしかないので、ほかの条件でも正しいとは限りません（※開隆堂）。よほど単純な現象をシミュレーションしている場合でもない限り、一般的にモデルは現実の一部しか反映していないため、得られるシミュレーション結果には誤差（ごさ）があります（数研出版）。シミュレーションの誤差は何も科学技術や製造業などの分野だけでなく、たとえば衣料品の分野でも、マネキンに衣装を着せてみて問題なくても、実際に人間が袖を通すと途中で引っかかったりすることがあったりもします（※開隆堂）。なので、シミュレーションをすべて正しいと考えることは危険です。シミュレーションそのものを検証するための方法として、下記のような方法があります。 - ほかの原理（モデル）を採用した別のシミュレーションで得られる結果と比較してみる。（※開隆堂） - 物理的に実験をしてみる。などです。たとえば自動車会社では、まず形状などのデザインの設計時には粘土で実物大のモデルを作ったりします（※数研）。 - ※ たぶん、いきなり金属で試作品を作るとコスト高だし、ゴミも出るので、まず粘土などで作るのだろう。また、強度の検証には、実際に、実物と同じ素材の車を作成し、それで衝突実験をします。そうした実物大や実物での実験もしたうえで、並行・併行（※ともに「へいこう」と読む）して自動車会社ではコンピュータによる力学的な3Dシミュレーションも行っています（※開隆堂）。また、この強度シミュレーション用の自動車3Dモデルは、空気抵抗などを調べる空力シミュレーションにも転用されます（※東京書籍）。前提として、自動車の3Dモデルを作る人が必要です。3D-CAD（スリーディー・キャド）と言われるソフトを使って、CADオペレーターなどと呼ばれる職種の人が、その3Dモデルを制作しています。 CADとは、Computer aided Design の略です。ここでいうDesign （デザイン）とは機械設計などの意味です。英語では設計もDesignです（美術的な意味がなくても英語では Design と言うこともあります）。また、空気抵抗のシミュレーションのほかにも、精密な強度計算をする際も、事前に3D-CADでモデルを作る必要がある場合もあります（数研出版の傍注の図）。（※ 有限要素法（FEM解析）っぽいシミュレーションの図だが、高校生には有限要素法は分かりっこないので詳細は省略。理系の大学の工学部の機械工学・土木工学の研究室くらいのレベルなので。理系大卒でも生物系とか情報系とか電気電子工学だと分からないレベルの難しさの内容。） - ※ 検定教科書では、あたかも3D-CADで強度計算できそうな説明だが、それはやや不正確。応力解析（おうりょくかいせき）ソフトなどとは基本的にCADソフトは別物。ただし3D-CADソフトの中には、簡単な応力解析ができるものもある。 - ※ 有限要素法とかFEMとかは、けっして工業高校で習うような初歩の材料力学ではなく（もちろんその知識は必要だが）、さらにその発展系の応用的な理論の「弾性論」とか「弾性力学」という、とても難しい理系大学の高学年レベルの話。自動車会社は、開発費用を削減するためと、その上で製品の安全性や信頼性などを確保した設計をするため、実験に基づいた精度の高いシミュレーションを開発して活用しています（※数研）。 - ※ 開隆堂がランダムウォークのシミュレーションを説明しているが、wikiでは説明が面倒。 - ※ 日本文教出版Iがデジタルツインを説明。興味ない。 - ※ 「待ち行列」を第一学習社と開隆堂。第一学習社は2ページ、開隆堂は2行。 - ※ モンテカルロ法を実教I 、数研出版で確認。そのほか、借金が数年後に利息でどんだけ増えるかのような、数学の教科書の文章題にあるような問題も、シミュレーションと言えます（第一学習社）。コンピュータを使えば、対数関数表とか使わなくても表計算ソフトとかだけで計算できます。モンテカルロ法モンテカルロ法とは、乱数をもちいて偶然性を再現して、それでシミュレーションを行うことです。コンピュータの乱数機能を用いて、モンテカルロ法のシミュレーションをできます。たとえばEXCELのRAND関数でもモンテカルロ法を出来る場合もあります（※実教出版）。歴史的には、コンピュータを使わなくても、サイコロや、トランプのシャッフルなどを使ってモンテカルロ法をしていた時代もありました（数研出版）。一度だけの実験だと、片寄りがあるかもしれないので、モンテカルロ法では最低でも10回くらいは実験して、全体的な結果を分析します（実教I、数研、開隆堂）。なお、数学の確立論の用語で「大数（たいすう）の法則」といって、おおむね「試行回数が多いほど、その確率予想の精度が良い」という感じの法則が知られています（詳しくは数学Aを調べてください）。モンテカルロ法で1回だけでなく何回も実験するのは、大数の法則を前提にしています。 - ※ モンテカルロ法と名前だけ聞くと難しそうですが、しかしその名前の由来は、国営カジノで有名なモナコの地名「モンテカルロ」にすぎません。数学者ジョン・フォン・ノイマンがモンテカルロ法を命名して確立したと言われています（数研）。なので、やってることも、サイコロやトランプやRAND()関数とかを使って偶然性を再現しているだけにすぎません。・モンテカルロ法と円周率実教出版と開隆堂の例ですが、モンテカルロ法を使って面積の近似値を求めることもできます。たとえば、90度の扇形の面積を実教Iは求めています。「扇の範囲内の面積」：「扇の外の面積」 ∝ 「扇の範囲内に入る確率」；「扇の外に出る確率」の関係を利用しています。なお、扇の内部か外かの判定は、ピタラスの定理を使った距離の計算で、できます。この結果を用いて、円周率の近似値を求めることも、よく情報系の教育書では行われます。 VBAマクロ無しの表計算ソフトでも円周率のモンテカルロ法は可能ですが（実教がマクロ無し）、もしかしたらVBAマクロでプログラミングしたほうがラクかもしれません（開隆堂はマクロありで求めている）。 VBAの数値データを使う際、VBAのinteger（整数型、 -32768～32767）や Long （長整数、 -2147483648～2147483647）や Single（単精度浮動小数点数型）や Double（倍精度浮動小数点型）などのデータ型を勉強する必要があります。たとえば、「変数 x を整数型で宣言したい」という場合は、 Dim x As integer のように記述することになります。他の言語だと、少数も整数も区別しないでも使える言語もありますが、しかしコンピュータでは小数は精度があまり良くないので、なので本来なら整数型と小数型を区別するのが、数値の精度の良い言語です。たとえば、OSなどを作るのにつかわれるC言語でも、整数型と小数型とは区別しています。その他情報IIの範囲モデルを数式で作る際、次数を増やしすぎたり、変数を増やしすぎたりすると、見当違いの結果が出やすくなることが知られており、これを過剰適合（かじょうてきごう、over fitting）やオーバーフィッティングなどと言います（東京書籍、日本文教出版の『情報II』）。 - ※ 過剰適合については、詳しくは『高等学校情報/情報I/データの活用#情報IIの範囲』を参照せよ。
null	null	高等学校情報/情報I/情報デザインとプロトタイプ開発問題解決とはまず、「問題」とは、理想と現実のギャップのことです（※検定教科書にそう書いてある）。そして、問題解決のための「課題」とは、そのギャップを埋めるために具体的にしなければいけない事です。まず、問題や課題を正しく認識するために、なるべく数値的に認識することで、検証可能な形で（※ 実教出版の見解）課題を表現する必要があります。たとえば、部活をつくりたいのにメンバー不足な場合、目標は、けっして「部員を増やしたい」という表現はなく、もっと数値的に「最低でも部員が10人になるまでは部品を確保したい。5対5で対戦の練習ができるから」のように具体的に課題を数値で設定する必要があります（※日本文教出版 I）。また、理由も併記すると、応用が利きます。さらに、文章で課題や情報収集のインタビュー結果などを表現する場合でも、なるべく5W1Hが分かるように記録するべきです（※ 開隆堂の見解）。解決案を提示する場合も、なるべく分かりやすい表現にしましょう（※数研出版）。これが出来てない場合、解決案として、そもそも不十分な可能性があります；。 - ※ 検定教科書では言及されていませんが、問題解決のために情報収集をする場合、時間の制限がありますので、とりあえずの仮説が見つかったら、さっさと検証しましょう。さて、理想や目標がいくつもある場合はどうすればいいでしょうか。現実には、時間や金銭などの制限があるので、すべての理想や目標が達成できるとは限りません。理想や目標が複数ある場合や、チーム作業などで今のままでは意見がまとまらない場合には、自分またはチームの理想・目標に優先順位をつけるのが効果的です（※ 第一学習社 P.5、※数研出版 P.18）。部活でも趣味でやってる練習なら、好きな時間配分で練習すればよいですが、しかし、もし部全体として「試合に勝ちたい」とかの目標があるなら、部の勝利のために効果的な練習に時間を優先的に配分する必要があります（※ 数研出版）。例は運動部でもなくても良く、別に体育祭でも何でも良いです。課題や目標が複数ある場合、トレードオフの関係にある場合もあるので、そのことを認識する必要もあります（※ 実教出版、数研出版）。少なくとも、学校での部活の課題の場合、部費と言った費用の限界、練習場と言った場所の限界があるので、決して無制限に何でも叶う（かなう）なんて、ありえません（※数研出版の見解）。 - ※ 大人でも、これが出来ないダメな大人も多い。そういう大人は反面教師にするように。練習量の多さに満足してはいけません。スポーツなら、本番前に、本番を模した予行練習とかをしてみて（※ 開隆堂）、自分たちの練習法が果たして本当に正しいのかを検証しなければいけません（※数研出版）。実際の戦績などを見て、もし練習しても成果が出て無さそうなら、練習法を直さないといけません（※数研出版）。これがPDCA法の考え方です。なにかの理論通りに練習してみれ成果がいつまでも出ない場合、その理論は間違ってるのです。そして、本番が来たとします。本番が終わったあとも、本番での自分たちの結果を記録し、来年以降に後輩などが役立てられるように備えます。または、自分たちが来年以降に役立てても構いません。（いわゆる「アーカイブ」化。普段は使わないが後年に使うかもしれない情報を記録して整理して残して資料化したものをアーカイブと言います。） - ※ 文脈は違うが教員研修資料で「アーカイブ」と言う用語が使われてるので[2]、ついでに「アーカイブ」という言葉も覚えよう。国語の外来語の勉強。なおアーカイブの語源はラテン語。 - ※ 『情報』の教科としては「アーカイブ」という単語は範囲外だろう。また、本番の結果もPDCAサイクルの一部にして、練習方法などを検証してみたりもします（※数研出版）。スポーツを例にして説明しましたが（なお日本文教出版の例）、工場の品質管理や生産管理などにPDCAサイクルの手法は応用されています（実教出版）。（※ 範囲外）暗黙の前提ですが、PDCAサイクルはなるべく短期間で回す必要があります[3]。つまり、世の中には反面教師として、Plan→Do→Do→DO→Do→・・・みたいにやたらとDoが長かったりして何か月もかかったり、あるいはPlanが長かったりして何か月もかかり、一向に検証 Check や修正後の再行動 Action につながらない人がいて、これではPDCAが形骸化（けいがいか）しています。情報デザインとプロトタイプ開発 - ※ 情報デザインは情報Iの内容です。プロトタイプは情報IIの内容ですが、wikiの都合上、こちらのページでも紹介します。なお、日本文教出版が『情報I』で「試作」の用語でプロトタイプを説明。 - ※ 教員研修用飼料では、情報デザインとプロトタイプ開発を同じPDFで説明している著者非公開（当時）『高等学校情報科「情報Ⅰ」教員研修用教材（本編）第2章コミュニケーションと情報デザイン』 - ※ 「総合的な探究の時間」との関係もある。 - ※ 日本文教出版『情報I』はブレーンストーミングと関連づけて説明しているが、他社教科書では関連づけてない。情報デザインデザインとアートの違いデザイン（design）とアートは違います。デザインは自己表現ではありません。東京書籍かどこかのサイトにある情報科目のパンフレットでは、アートとデザインは別物だと、イメージ画像で説明しています。なんだかピカソ的な良く分からない絵や像をつくるのがアートで、そうではなくて図解などで文字を読まずに（もしくは少ない文字で）絵だけで分かりやすく説明するのがデザインです。デザインのうち、情報デザイン（information design）と言われる分野があります。アートと情報デザインの違いとして、上記の違いのほかにも、アートは多様な解釈を許しますが、情報デザインでは解釈を、正しい解釈だけで一通りに人々に受け取ってもらえるようにしなければなりません（※第一学習社）。たとえば、もし外国人など文化の異なる人が道路標識や非常口マークやトイレのマークなどを見たら（こういった標識も「情報デザイン」の例です）、その意味を一通りに理解できないと、事故の原因になってしまうので、情報デザインでは一通りの解釈でないといけないのです。余談ですが、色は国によって解釈が違うので、ピクトグラムに色を使うときは注意が必要です（※第一学習社）。たとえば太陽の色は、日本では赤で表す人が多いかもしれませんが、外国では白や黄色で表す人が多い国もあります（※第一学習社）。普及しているピクトグラムを見れば、色を見ずとも形状だけでも意味が推測できるようになっているデザインが多いでしょう。なお、情報科目だけでなく、美術2でも似たようなデザインとアートの違いについて習いますじっさい、美術の教科書会社のサイトにある動画でも、そう言っています[12]。デザインは問題解決のために、観客に分かりやすく、観客が楽しめるように絵を交えて説明する絵画作品のことです[13]。なお、デザインする仕事の人のことを「デザイナー」と言います。ともかく、デザイナーは作品で情報が分かりやすく伝わらないと意味ないので、なので普通の人の気持ちもある程度は分からないといけません[14]。なので、情報デザインの授業でたとえば「学校の紹介をするwebサイトを作ろう」みたいな事になった時は、きちんと分かりやすいwebサイトを作ってください。なお、別単元の「プロトタイプ開発」なども参考にするとよいでしょう。教科書会社によっては「プロトタイプ」と言う呼び方ではなく「試作」と読んでいる会社もあります。まあ、内容は同じで、要するに試作してから、細部をつめていきます。パンフレットやwebサイトなどの情報伝達メディアを作る場合、対象者（ターゲット）に分かりやすい表現をする必要があります（※ 日本文教出版I・P96、開隆堂）。特に幼児や小学生などの子供向けの場合、それらの年齢層にも分かりやすい表現が必要です（※ 開隆堂）。 - ※ いっぽう、大人でも、対象者を無視して、難解な自己満足の表現をするダメな大人もいます（難しい表現のできる自分を「国語力が高い」みたいに思ってる）。そういう、高校生未満の頭のダメな大人は、決して見習わないようにしましょう。日本文教出版『情報 I』いわく、「わかりやすさ」「見やすさ」「読みやすさ」が、情報伝達メディアを作る際のポイントです。プロトタイプ開発基本デザイン（『設計』という意味）の分野では、けっして、なんでもかんでも議論で決定するべきではありません。アイデアの良さを確認する場合は、実際に試作品をつくって、アイデアがうまく行きそうかどうかを、実験的に手を動かして確認してみることも必要です[15]。たとえば、あるウェブサイト用のイラストを描く場合を例をあげると、まずラフ画（簡略化した線画などからなる、おおざっぱな絵）を書いて、協力者や依頼者などにラフ画を見せて意見を出してもらって、構図に問題が無いかなど、いろいろと確かめます。あるいは、大まかな線画に加えて色も大まかに塗るくらいなら、いいかもしれません。そしてウェブサイト用イラストの場合なら、まずラフ画ができたら、そのラフ画をさっさとスキャナーなどでデジタルデータにして、先にHTMLファイルなどで製作中サイトに表示してみて、いろいろと確かめてます。たとえば、ラフ画が色付きなら、「その画像の色は、はたして本当にこのサイトで表示しても大丈夫か？文字の色と紛らわしくないか？サイトの背景の色と紛らわしくないか？」とか様々な問題点の有無を確認します。 - （たとえばNHk教育『社会と情報』でも、文字色と背景色とは明度の差をつけりようにと言っています。[16]） - なお、赤と緑は、判別しにくい人がいます。なので、文字と背景での色の組み合わせにおいて、赤と緑の組み合わせは、できるだけ避ける必要があります[17]。やむを得ず、赤と緑の組み合わせを使うときは、明度に差をつけるとか、あるいは、背景に網掛け（あみかけ）をするなどの工夫が必要です[18]。あるいは、サイトの説明文などを組み合わせた状態を実際に閲覧してみて問題点が無いかなども、確認してみます。（いくら、紙に書かれた単品のイラストだけを見ても、サイト上で説明文と組み合せた時の問題点は、実際にコンピュータ上で組み合せてみないと、気づくのが難しいのです。なので、実際に試作してみましょう。）「ペーパープロトタイピング」という市場のスケッチだけでアイデア出しをする手法もありますが（※たとえば検定教科書の東京書籍『情報II』でも紹介されています。日本文教出版でも用語なしで紹介）、しかし「ペーパープロトタイプ」という用語は採用しなくていいです。そもそも、ペーパープロトタイピングは、日本語でいう「試作」ではなく、経産省が言うにはアイデア出しの手法です。経産省および独立行政法人情報処理推進機構（IPA）の見解では、ペーパープロトタイピングは、アイデア出し手法のブレーンストーミング法やKJ法などと同列の手法であると、経産省らの資料『デジタルスキル標準』ver.1.1 の表に書かれています[19]。なお、文科省の教員研修要資料にあるペーパープロトタイピングの使い方は、まとまったアイデアをさっさとスキャニングして、それを実際にパソコン画面などで見ることで、配置などを検討しています。そういう使い方です。ただまあ、現代ならタッチペンのあるデバイスとツールで画像を書いて、それをパソコンに取り込むほうが早いと思います。スキャナーに並ばなくて済むし。ハッキリ言って、（検討ではなく）検証の目的ではペーパープロトタイピングは役立ちません。コンピュータ関係のアイデアの検証をしたいなら、実際にコンピュータの実機で動かすしかありません。裏を返すと、IT業界でいう「設計」というのは、実際に動くものを作るなどして簡易的な検証をすることも含まれています。なお、経産省の資料では、「設計」のあとにユーザーに使ってもらうなどして（※ 資料の「ユーザビリティ」からwiki側で推測）、本格的な「検証」の工程があります。「ペーパープロトタイピング」というのは、単に、構想のアイデア出しの打ち合わせのときのスケッチを別の用語で言い換えただけに過ぎません。しょせん「ペーパープロトタイピング」はアイデア出しにすぎず、検証ではありません。一般にIT企業でも製造業でも、さっさと実機で動くかどうかを確認するのが一般的な意味での「プロトタイプ」であり「試作品」です。少なくとも企業が若者に求めている能力はそれです。アイデア出しばかりせず、良さそうなアイデアが出たら、（安全に配慮しつつ）さっさと検証してください。素人どうしの高校生が、実機での制作すらしたことないのに紙上で議論しても、どうせピント外れの議論になって、無駄の無駄です。 webサイトくらいさっさとhtmlで記述して、試作できるでしょう。中学生ですら試作できます。紙上での議論が必要なジャンルがあるとしたら、もっとカネのかかるものを制作する場合の話です。イスを作るとか、傘立てを作るとか、そういう実物のあるものを作る場合なら、紙上でのスケッチも有効かもしれません。ですが、webサイトはそういう実物ではありません。さっさとHTMLでwebサイトを書いてください。 PDCA法などの評価手法・修正手法などによる評価(Check)や改善(Act)などは、まず先にプロトタイプで実験してからのハナシですし、まずはプロトタイプを利用者に見てもらうなどの必要があります[20]。 - ※ PDCA法とは業務改善の手法であり、Plan（計画）→ Do（実行）→ Check（評価）→ Act（改善）の 4段階を繰り返すことによって、業務を改善する手法のこと。もし仮に、先に絵を細かく書いてから、あとからウェブサイトに取り込む方式の開発をしてしまうと、もし文章との組み合わせでの問題点があったときに、作り直しになってしまい、大幅に時間を無駄にしてしまいます。なので、まず先に、試作品で、最終的な全体像に近いほうを、試す必要があります。単にラフ画を描くだけでなく、さらに、なるべく、サイトの全体像を先に試作する必要があります。このように、なにかを試作する場合には、なるべく、試作でいいので全体像を先につくってみて実際に実験することで、全体像を確認してみます。そして、全体の確認が取れたり、あるいは全体像のミスが修正できたら、あとから細部を作り込んでいきます。文科省の動画教材でも言われてるのですが、最近のホームページ作成は難しく、いきなりCSSとかを駆使して作るのは、ふつうの高校生には無理です[24]。というか、そこまで出来ないから、いま高校生が情報系の科目を勉強しているわけです。まず、あまりCSSなどのお作法は考えず、とりあえず習った知識だけを駆使して、とりあえずのwebサイトを作りましょう。ネットでは大人が「CSSを使わないと保守性が悪い！」とか言うかもしれませんが、しかしwebサイトとして動かない欠陥品を保守しても意味が無いです。保守性がどうこう文句を言う大人は、決して、あなたのwebサイト制作の手伝いなんかしてくれません。そんな口先だけの大人なんかの言う事なんかを真に受けるより、実際にYouTube動画や高校教材などを作ってくれている文科省や大学教授や高校教員の人々を信用しましょう。動くものを作るのが先、保守性を上げていくのは後回し、です。実際にプロトタイプを作る場合は、まず箇条書きなどでアイデアを文字に起こしましょう。（※ 日本文教出版の教科書がそう。）もし文字起こしをせず、頭の中で考えるだけだと、脳内でアイデアの記憶を維持するだけで脳のエネルギーを使ってしまうので、新アイデアの創造にまで頭が回りません。『国際大学』という大学院大学とNHKが、プロトタイピングに使えそうな動画を作っています。クラウド関係の啓もう（けいもう）の動画ですが、視聴したところ、プロトタイピングにも使える内容になっています。『みんなとクラウドで作業するとき、大切なことって何？』 FuLL, 動画中、小学生が学級新聞をつくるためにクラウド活用してプロトタイピングをしています（なお、動画中では『プロトタイプ』の語は出ていません）。今時の学校でのプロトタイピングは、コンテンツを作る場合にはクラウド活用することもあります。 - アンケートの実施などデザイン案について、可能なら、ユーザー層などにwebアンケートを実施します（※第一学習社 P.75）。たとえばデザイン案が複数あって決まらない場合など、アンケートを取ると良いでしょう。アンケートの際、「よい／わるい／ふつう」といった感想の選択肢のほか、なぜそう思うかの「理由」も必要です（※第一学習社が推奨している）。検定教科書では「理由」が必要な理由までは説明してないのですが、世間一般には、選択肢を選ぶだけのアンケートだと、手抜きをしてデタラメにつける人がいます。高校の文化祭webサイトのデザイン案とかだと、時間的な限界もあるでしょうし、アンケート実施まで可能かどうかは分かりません。ですが、たぶん教科書会社はそういう感じで、高校生や高校教師などにアンケートを取りつつ、検定教科書を作っているのでしょう。モジュール化より全体像の試作が先日本文教出版の情報IIの教科書で、webサイトのモジュール開発する場合は共通部分としてプロトタイプで「ひながた」をつくっておいて、変わる部分だけを個々人に依頼すると良いみたいな事を言ってますが（日本文教出版『情報II』P43）、説明不足、あるいはマチガイです。（なお、ヘッダとかフッタとかを共通部分として使いまわしをする挿し絵あり）正しくは、まず上述の節での説明のように、全体像を試作するのが先です。 webサイトを作る場合なら、十数分で作ったような低品質なページで良いので、実際にコンピュータ上で、HTMLなどで記述されたwebサイトを作り、とにかくブラウザ上で確認できるところまで作ります。たとえば日本文教出版の教科書では「出し物詳細その1」「出し物詳細その2」「出し物詳細その3」を、3人に分担させてモジュール制作させています。（おそらく、文化祭か何かの出し物のサイトでしょうか。）このようなサイトを作りたい場合、もっといい方法は、まず、仮の「出し物詳細（仮1）」「出し物詳細（仮2）」「出し物詳細（仮3）」「出し物詳細（仮4）」とかをサイト制作者が1人で作っておいて、それをまず画面に組み込んで確認するのが先です。そして、サイト上で、複数の出し物（仮データ）を表示しても異常が無いかとか、そういうのを実際にサイトの動作を確認するテストをするのが先です。つまり、本番データ作成よりも前に、まず仮データによる動作テストを行います。（※ 検定教科書（日本文教出版、実教の「情報II」）では、この工程が抜けています。この工程が無いと、本番データでテストすることになるので、運が悪いと最悪、本番データの作り直しになり、時間が大幅に遅れます。文化祭の出し物のデータなら、たとえばクラス名は高校「991年1組」みたいにありえない数字にしておいたり、部活名なら「カリ1部」とか「カリ2部」みたいにしておくのが、本番データへの混入を防げて安全でしょう。人名なら、「山田太郎」とか、「東京花子」みたいなのを仮データにすると良いでしょうか。なお、この仮データは見本を兼ねます。読者の皆さんも、よく何かの申込書とかを書くとき、「山田太郎」とかを例にした見本を見るでしょう。ジュール開発をする場合も、まず、そういう見本が無いと、依頼を受けた作業者は分からないのです。日本文教出版の教科書の挿し絵によると、「出し物」をヨコ3列に表示するようなので、だったらテスト時には4個以上の仮データが必要でしょう。ヨコ1行あたりにタテ3列までしか表示しない「出し物」の改行が上手く行くかを確認するためには、4個以上の出し物データが必要だからです。そして、上述のような試作テストを簡易でいいので終わらせてから、実際の出し物のデータに置き換えるため、それからモジュール開発の依頼を出すべきです。したがって、モジュール開発する場合は、その前に行ったテスト時の仮データを上書きして本番データに置き換えするような形で、開発していくことになります。もしサイト中に絵が必要なら、5分や10分で書いた稚拙（ちせつ）な絵でいいので、できれば、とにかく分かりやすい絵をデジタル上で描き、それを組み込みます。あるいはサイト中にテーブル表などがあるなら、架空のデータで良いので、さっさと数分でデータを試作品として入れます。まず、ソフトウェア的にバグが無いかを確認するのが先ですので、まず仮データでいいので全体像を作らないといけないのです。もし、「時間を何時間もかけて、本番データを作成して入力したあとに、バグが発生して、データの作り直し」なんて事になったら、目も当てられません。だから、まず、最低限の時間で（ただし、チーム仲間が見ても、ソフト動作の確認が分かる程度には、作りこみが必要）、実際に全体像をつくるのが先です。仮データのファイル名はたとえば「出し物1(仮）」みたいな無難なものにしましょう。仮データを作る際、もし本番データにまぎれこんでも困らないように、けっして変な名前はつけないようにしましょう。たとえばファイル名に「うんこ」とか「unko」とかつけると、最悪、本番データにまぎれるとトラブルになります。ファイル名「unko」とか付けると、トラブル防止のための確認といった余計な手間を増やしてしまい、チームの負担になります。仮データのなかの文章も、本番でも使えるようなマジメな文章にしておきましょう。既に例示しましたが、文化祭の出し物の仮データなら、たとえばクラス名は高校「5年1組」とか「991年1組」みたいにありえない数字にしておいたり、部活名なら「カリ1部」とか「カリ2部」みたいにしておくのが安全でしょう。その他ユーザー層を具体的に思い浮かべよう - ペルソナ法チームで共同作業をする際、それぞれが別のユーザー層を思い浮かべていては、うまく共同作業ができません。なので、具体的なユーザー層を、チームの皆で考えます。ユーザー層を考える時、典型的なユーザーを最低でも1人、考えます。その典型的ユーザーを考える際、名前や職業や年齢や性別、性格、家族構成、趣味や将来の志望、などといった具体的なレベルまで、人物像を決めておきます。また、それができるようになるために、簡易な取材でいいので、事前にユーザーにインタビュー取材およびユーザー調査などをします（日本文教出版 II）。このように、典型ユーザーのイメージ像を具体的に共有する開発手法を「ペルソナ法」と言います（東京書籍 I、日本文教出版 II）。手法の名前「ペルソナ法」はどうでもいいです。具体的なユーザー層を考えましょう。 - ※ 世の中には、具体的なユーザー層を無視して、巨匠（きょしょう）でもないのに独りよがりな自分にしか価値の分からない作品・製品を作りたがる人もいます。仕事ではなく趣味ならそれでも良いですが、しかし仕事では、そういう独りよがりはやめましょう。高校生でも出来る当然のことすら出来ないオトナは、けっこういます。このように具体的にユーザー像を決めることで、ユーザー層の理解が深まるし（日本文教出版 II）、また、チームメンバー同士の考え違いなどを防止できる（東京書籍 I）。 - プロトペルソナ法東京書籍が言ってる手法ですが、一人のユーザーのペルソナではなく、複数人（数名ていど）のペルソナを設定する方法もあります。その際、各ユーザーのペルソナの利益が反することがあります。デザインの改修案が、あるペルソナAには利益があるけど、ペルソナBには改修前のほうが良かった、みたいな場合です。このようにペルソナ同士の利益が反する場合、どのペルソナを1位にするのか、2位にするのか、事前に序列を決める必要があります（東京書籍 I）。多数決ではなく、人物の序列で決めるのがポイントです。東京書籍はそこまで言ってないですが、カネなどを提供しない客以外の人からウケても、意味がありません。たとえば高校教科書の文章の設計なら、高校生でもなければ保護者でもなく高校教師や塾講師でもなければ文科省や教育委員会でもない、世間のオッサン・オバサンとか大学院生とか幼稚園児とかに受けても意味が無いわけです。一例として、2位以下のユーザーからの要望は、1位のユーザーの利益に反しないかぎり、受け入れる、といった感じです（東京書籍 I）。業界によっては、別の言い方で「メインユーザー層を決める」とか「コア層を決める」「コア層に従う」とか「メインのターゲット層を決める」みたいな言い方をするかもしれませんが、意味合いは大体、似たような感じです。東京書籍が言ってるのですが、ペルソナを設定する際に、ユーザー調査ではなく自分のやりたいことから逆算して都合良いペルソナを設定するという、ダメな人が時々います。チーム作業とか他人のお金で仕事をしている場合は、そういうダメな自己表現はしないようにしましょう。ユーザーを無視して自己表現で自分のアイデアを世に問いたいなら、自分のカネでやりましょう。他人のカネと時間を使うな。デザインでは適切なツールを使おうホームページを作る場合、上記で良いと思います。もし、作りたいものがホームページでない場合、たとえば何かの画像を作りたい場合、そういうのに便利なツールを使いましょう。文科省の教員用の教材では、ベクター画像の編集ソフトウェアについて、レイヤーの概念を教えています。 Windows『ペイント』には、レイヤーの機能は無いはずです。ラスタ画像なら、お絵かきソフトなどで無料のソフトでレイヤー機能のあるソフトがあるので、それを使いましょう。もちろん、有料ソフトにもレイヤー機能のある製品が、ふつうにあります、。 webサイトのコンテンツ制作検定教科書がwebサイトのコンテンツ制作を例にプロトタイプを説明してるが、全然、なってない。 - ※ なお、サーバー管理とかそういう話題は、除外の単元。 JavaScriptとかそういうのは、後回し。特に、業者の作ったwebサイト作成ツールを使っている学校のwebサイトの場合、JavaScriptをいじるのは素人では無理。なので学生・教職員の出来ることは、まず、普通の日本語の文章だけでいいので、文章または箇条書きなどで、必要事項を説明する。 HTMLファイルをいじる事になるが、この段階では、既存のタグはいじらないで、そのままにしておく。まだ、当面はタグは追加しない。 body タグのブロック内に本文を書くことになると思うが、まずは本文だけで必要事項を説明する。業者のwebページ作成ツールを使っている場合なら、ツールの操作指示にしたがって本文を記述すればいい。文化祭のwebページなら、開催日とその時間帯といった日時とか、一般公開の有無とか、来校の方法とか（自動車・自転車は不可など）、そういう情報をまず列記。見た目を整えるのは、後回し。CSSとか、後回し。そもそも業者ツールの場合、CSS編集できない場合すら、ありうる。さて、出し物の一覧は、どこの高校でも、すでにそういうファイルがpdfなどで別途作成済みなので（印刷用にPDFをどこの高校でも使うので）、その既存のpdfファイルをアップロードし、ダウンロード用のリンクをwebページ内のどこかに配置。pdfアップロードの操作方法については、今時の高校のサイトは、業者がつくったツールの上に、アップロードしたいコンテンツを追加していく方式なので、それぞれのツールごとの操作を確認。業者にも寄るが、アップロードの原理は単純で、単にファイルサーバーにpdfファイルごとアップロードして、そのサーバーのアドレスのリンクを href タグまたは別のタグなどで記述しているだけである。業者のツール側で、ファイルの種類を判断して、勝手に上手いこと、表示をしてくれる。だいたい、どこの高校の文化祭サイトでも、 <a href="https://www.学校名.ed.jp/2023-文化祭-スケジュール-1.pdf">ダウンロード</a> みたいなのがソースファイル中に書かれている。学生側は、ソースコードをイジル必要は無い。学生は、業者のツールに任せて操作すればいい。むしろ、業者のツールに任せなければいけない。htmlファイルをいじるのは、保証のサポート外になってしまう可能性がある。 JavaSvriptの部分は、いじらない。どうしてもイジるなら、プロの技術者を確保すること。コンテンツの内容と、プログラムの両方を管理できる時間は無い。なので、プログラム専属の人が必要。そんな人手と予算が無いなら、JavaScriptはいじらない。 ISOの人間中心設計情報デザインやプロトタイプ開発をする際、話し合いなどで「ユーザビリティ」や「ユーザーエクスペリエンス」などの用語を使うかもしれませんが、これらの用語のいくつかは国際規格の ISO にも規定されています。とりあえず、検定教科書と同じ意味で使っていれば、特に問題はありません。 ISO規格のうち、「人間中心設計」と言う分野で、定められています。内容も、ユーザーのニーズを調査しろだとか、それを文書で残して明確化しろとか、ふつうの事が書いてあるだけです。設計の基本を押さえていれば、問題ありません。ユーザーニーズを把握して設計のアイデアが決まったら、そのあと試作品を作れとか、試作品を作ったらそれをテストして改善しろだとか（いわゆる「PDCA法」のこと）、そういう普通のことがISOの人間中心設計で定められています。日本など先進国の技術系の会社では、こういった設計手法は常識ですが、しかし世界にはそういう設計手法が守れない未熟な国があるので、そういう未熟な国との貿易を断る口実がISOです。冗談とかではなく、実際に ISO を守れないと、欧州企業などからは取引停止などの口実にされるかもしれません。その他の仕事術 ToDoリスト - ※ 検定教科書ではないのですが、新共通試験（センター試験の新しくなったヤツ）のサンプル問題を見ると、設問文中に「ToDoリスト」というのがあります。 - つまり、「こういう風に ToDo リストで仕事しろ」というセンター試験委員たちから高校生への、ありがたい忠告です。仕事をする際、色々といくつもの事をしないといけません。そのための自分のスケジュールなどの管理方法としてToDoリストがあります。要点は下記の通り - すべき作業を箇条書きしてリストアップしろ. - そのリストの各作業（タスク）を優先度順に並び替えろ. - 上記の並び替えをしやすいようにパソコンでToDoリストを作れ. ToDoリスト作成の理由は、まず、忘れないようにメモ帳などに、やるべき仕事を箇条書きにしてリストアップするのは当然です。後述の作業のため、パソコンでリストアップしましょう。加えて、重要度順、または締め切りの早い順に並び替えます。なぜ必要かと言うと、メモしないと、いつまでも頭の中で覚え続ける必要があるので、脳味噌を疲れさせてしまい、本来の仕事に集中できません。なので、メモする必要があるのです。特にIT系の仕事や設計（英語で design デザイン）などの仕事は集中力を使うので、覚え続けるために集中力を使ってしまうと、本来のIT仕事に集中できなくなり、効率がかなり低下します。また、順序を並び替えないと、いちいち、「どの仕事の重要度が、どのくらい高いか、低いか」を覚え続ける手間が生じてしまうので、やはり本来の仕事に集中できなくなってしまいます。（新人ではなく）もしかしたら管理職なら、手配先（てはいさき）ごとに作業（タスク）を分類したりとかもあるかもしれませんが、しかしそれは新人の時点では、することではありません。新人が当面のあいだToDoリストでするのは、優先度順の並び替えです。ともかく、優先度順にToDoリストの各項目を書く必要があるのです。で、箇条書きにした各仕事にじっさいに取り掛かって、各仕事が終わったら、それぞれ終わった仕事に【完了】とか【済み】とか、同じ行に書いておきます。終わった各仕事は、メモからは消さずに、「完了」とか書いて残しておくのがコツです。なぜなら、あとから確認作業などのために、仕事を振り返ることがありますので。もし消すと、思い出すのに手間が掛かり時間の無駄ですし、集中力が下がります。それに振り返りもできなくなってしまいます。なお、別の節で「問題解決」を紹介しますが、ToDoリストの作成も、PDCA法などと並ぶ、問題解決のための有効な手法のひとつです。関連付けて理解しましょう。「何が解決すべき問題か、分からない」と言うときに、解決すべき問題を見つける方法のひとつが、箇条書きです。 ※ 経産省との連携ゴール設定とターゲット層 - ※ 内閣官房からの省庁への命令にもどつく提案のひとつです。経産省『デジタルスキル標準』との連携. - ※ 内閣官房からの命令で、文科省が経産省とデジタル人材育成の教育で連携することが命令されている。プロダクト開発などにおいては、経産省は、ゴール設定のスキルを要求している[25]。参考資料の「リーダーシップ」や「ゴール設定」の項目で、ゴール設定のありかたに言及している。 - ※ 検定教科書の東京書籍『情報II』でも、広告産業の話題だが、ゴール設定の話をしている。ターゲティング広告の話も東京書籍の教科書にはあるが、しかしビジネスでいう「ターゲット」設定とは意味が違う。（資料では言及していないが、）開発が長引いたりすると、当初の問題意識が何だったのかの記憶が薄れたりして、不明確になりやすい。または、すでに開発初期から、チームメンバーごとに目標が微妙に食い違ってしまっている場合もある。そうすると、トラブルが起こりやすくなる。なのでトラブル防止のため、開発の初期に、その製品開発が満たすべき第一目標や優先目標などの目的を明確にチームで共有する必要があるので、そのために言語化してイメージを共有する必要があり、このような優先目標などの言語化を「ゴール設定」などとビジネスでは呼んでいる。たとえば、遊具をデザインするなら、「幼児～小学生を対象に（ターゲット）、楽しく安全に遊んでもらう（目的）」のようにゴール設定するのです[26]。 - ターゲットなお、この遊具の例のように、ゴール設定の際、メインの使用者層の設定も必要になることがあり、その使用者層のことを「ターゲット層」などとビジネス用語ではよく言います。デザインでは「使用者（ターゲット）」の設定が必要だと説明しています[27]。ターゲット層を設定する際も、ペルソナ法などを活用して、そのターゲット層の代表的な人物の性格・職業・趣味・夢などの具体的な人物像が分かるレベルにまでターゲット層を明確に設定しましょう。一般向けのグラフィック系のデザイン入門書でも「ゴール」と呼んだりもするかもしれません。高校の検定教科書（日本文教出版の情報IIでも、「ゴール」という言い方はしていませんが、「目標」という言葉で、ゴール設定と同じことを紹介しています。）ターゲット層を設定しつつ、その領域を拡大することも経産省は求めてます『デジタルスキル標準』P.87。 ※ 「（ターゲットとなる顧客・ユーザー、領域の拡大等）」と言う文言が試料中にある。書籍『浦和高校論文集』（佐藤優編著、K＆Kプレス、2019年）を読んでいたら、2010年代の公立高校の高校生が卒論で「ターゲット」という言葉を特に注記なく普通に使っていました。[28]。コメダ珈琲について、「コメダはモーニングというサービスがある。コーヒーメニューを注文すると、厚切りのトーストとゆ卵がついてくるというサービスだ、朝の時間帯、特に独身のサラリーマンをターゲットにし成功している。」。[29]という文章です。 2010年代の公立高校生でもターゲット層という概念を知っているんだから、2020年代の高校生だったらもう知ってて当然でしょう。ターゲットの設定法は、モニタリング（観察）とすでに習ったプロトペルソナ法である程度は対応できるでしょう。 KPI 基本 - ※ 検定教科書の範囲。日本文教出版『情報II』のP.57にアリ。ただし、用語の紹介のみで、その説明はほとんど無い。さらに「KPI」（ケーピーアイ、Key Performance Indicator）の知識と活用を、経産省『デジタルスキル標準』では求めています『デジタルスキル標準』P.87。KPIとは、実際にその商品がどれだけユーザーに好まれているかを、現実の自分らの提供中の商品分析から実証的に定量化した統計データです。たとえば、自社のwebサイトが人気があるかどうかを確認したいなら、決してアンケートなどではなく、実際にそのサイトの1週間や1月など期間あたりの閲覧数のをもとに判断するのが、KPI的な考え方です。閲覧数など統計を記録した上でならアンケートなど実施するのも構いません。（アンケートはKPIとはあまり関係ないので、説明を省略します。）閲覧数を記録するサービスをさらに細かく分けていけば、どのサービスに人気があって、不人気なサービスは何なのかとかわかっていき、改善点などが判明していきます。PDCAサイクルにおける、チェックの手法の一つと言えるでしょう。文字アンケートだけのチェックだと、文章が得意な人しか回答してくれなかったりして、消費者などの実態を反映しづらいので、なのでKPIによって実際の消費者らの行動を測定します。経営学などの格言で「人の言ってる事とやってることが違う場合、本音はやってる事のほうだ」という感じの格言があります。KPIもそれと同じで、ユーザー層たちの実際にやってる事を分析します。ただしKPIだけではユーザー層の細かい感情が分からないので、別途、インタビューなどを中間的にユーザーの一部に行います。ただしそれはKPI分析とは別の作業なので、インタビューについては説明を省略します。 - 例：学校の文化祭をKPI分析してみる場合・・・たとえば文化祭のwebサイトの効果を測定したいなら、個々のページの閲覧者数や予定表PDFなどのダウンロード数だけでなく、さらに入場チケットの予約数とか、実際の文化祭当日の入場者数とか、そういう数値も記録するべきです。とはいえ、不祥事などによって閲覧者数を増やしても意味がありません。そこで、そのKPIで設定した測定項目の前提として、ゴールも設定する必要があります。たとえば文化祭サイトのゴールなら、「学校のために足で出向いて文化祭に来てくれるようなファンを増やす」あたりがゴールでしょうか（ゴールは学校によりますので一例です）。 KGIという、ゴールがどのていど達成されてるかを測定する指標の概念もありますが（企業なら「売上」や「利益率」などをKGIに設定する）、これは高校生にはどうしようもないので、説明を省略します。ただ、ゴールを意識化することは高校生でも可能でしょう。企業でKPIを設定する場合、単に閲覧者数や訪問者数などだけを記録するのではなく、さらにそのうち購入者数がどれだけいるかや購入率（購入者数をサイト閲覧者で割った数値）なども記録します。高校の文化祭の場合、商売をしているのではないので購入者数や購入率は記録しようがありませんが、そういう事も覚えておいてください。ビジネスでは、カネを出さない人にウケても意味がないので。購入率を見るのは、たとえば、閲覧者が1千人だけど900人に売れている商品Aと、閲覧者数が1万人だけど2千人に売れている商品B、売れ行きが良いのはどちらでしょうか？という問題です。ゴールにも寄りますが、投資効率で見れば、普通は900人に売れている商品のほうが投資効率が良さそうと見るでしょうか。（ただし、経済学には「規模の利益」といった概念もあるので、場合によります。）高校の文化祭なら、購入者数の代わりに、実際に文化祭で入場した人などの割合も記録することになるでしょうか。これはチケット予約の状況などを測定すれば、ある程度は事前に推測可能でしょう。もちろん、当日の入場者数も記録しましょう。 - ※ 正直、時間的な限界があるので、高校生にそこまでのKPI分析は無理でしょう。国語・数学・理科・社会・英語などの学業もありますし。文化祭の出し物の準備のための工作（ノコギリで板を切ったりとか）などに時間を取られて、KPIの分析なんて後回しにせざるを得ないのが実態でしょうか。 - ただ、KPIと言う概念は覚えておくと今後のためになって良いでしょう。企業などでのKPIの測定では、リピーターの人数およびリピート率も測定したりします。たとえば、（開店の初日でもないのに）もし1回しか商品を購入しない人の割合が多いとすれば、「きっと、購入者の多くが実際に購入したときに、不満があったのだろう」と問題点が存在しそうな可能性の高さを想定できます。なので、リピート率を何らかの方法で測定します。高校ではそこまでの測定は難しいかもしれませんが、こういうのがKPI的な分析方法です。 - ※ なお、Google Analytics というグーグルのサービスで、ホームページの閲覧傾向などの分析ができる。HTMLに埋め込む方式である。情報処理学会の動画でも紹介されている情報処理学会『5. データの分析 (4) アンケートと行動（データの収集と分析）（情報通信ネットワークとデータの活用）』(5分50秒ごろ)。 - 高校生がそこまでするのは大変だし、実際は無理だろうが、まあこういう方法もある事を知っておくと良い。 - ※ なお、この情報処理学会の動画でも、KPIに言及しています（6分50秒ごろ）。こういうツールを、アクセス解析ツール（web analytics tool）と言います（※ 日本文教出版 II ・P.38）。 Google Analytics はwebサイトの作り手が解析用のタグをソースコード中に貼り付ける方式であり、このような方式をwebビーコンと言います（※日本文教出版でwebビーコンをweb解析ツールの単元で紹介）。 webビーコン型のほかにも、サーバログ取得型やパケットキャプチャリング型があります（※ 日本文教出版II）。 - （※ 編集注）サーバログ取得型などについては、それを解説した高校教材・大学教材などが見つからないので、省略します。たとえば大学教材だが実教出版『データサイエンスリテラシー』に Google Analytics の旧バージョンの Google データポータルの話題とKPIの話題とダッシュボードの話題がある。 - （※ 範囲外）なお、一つの画面上で、アクセスされている頻度が多い箇所ほど色を赤くしたり（または青くしたり）したものを「ヒートマップ」と言います[30]。ヒートマップはアクセス解析ツールの一種。 - （※ 範囲外）アクセス記録とクリックなどのその操作記録は、実は不具時の修正のためにサーバー企業が保管しているものであり[31]、それが本来の目的。ユーザビリティの改善にアクセス記録を使うのは、実は派生的・二次的な利用である。暗黙の前提だが、たとえ利用者側が「送信」ボタンとか「購入」ボタンとかそういうボタンを押さなくても、webサイトにアクセスした時点でサーバー側にはアクセス記録が残ることになる[32]。ダッシュボード KPIは、単に数値を表で羅列するのではなく（表にすらしないよりかはマシですが）、できればグラフにしましょう。 KPIを算出する目的は、改善点などの問題発見のためです。なので、グラフ化することで、問題発見をしやすくしなければなりません。 - ※ Google の Looker Studio で、Google Analytics のでデータをグラフ化できます。なお、このような複数の別々の項目の最新データをグラフ一覧としてまとめたものを「ダッシュボード」と言います。 - さきほどの Looker Studio が、Google Analytics のダッシュボード化のためのwebサービスです。 - ※ なお、「Google ダッシュボード」とは違います。Google ダッシュボードは、Google アカウント登録者のための画面画面のひとつです。なお、Google 以外のクラウドサービスでも、たとえば教員の使っている授業用のクラウドソフトなどにも「ダッシュボード」という機能があり、生徒の状況（出席日数とか成績とか）などをグラフ化して、定量的にモニタリングしています。 ※コラム：デザインとは問題解決に寄与すべきものである経済産業省は、デザインとは基本的には問題解決に寄与すべきものでなければならない、というような見解です[33][34]。で、内閣官房などの命令で、文部省と経済産業省などはICT教育において連携するようにと、それぞれの官庁は命令されています。ともかく、IT系やビジネス系の業界で「デザイン」の仕事をうけおう場合、問題解決を優先しましょう。詳しくは、下記コラム。箇条書きメモの必要性（※ 範囲外）ほかの節でもメモなどの箇条書きの必要性を述べてますが、設計などの仕事などをする際、手元のメモには必要事項などを箇条書きをすると良いでしょう。「何が解決すべき問題か、分からない」と言うときに、解決すべき問題を見つける方法のひとつが、箇条書きです。もし分業や外注などをする場合でも、箇条書きをしてあることによって、どの作業を分業すればいいか把握しやすくなります。箇条書きをしたうえでなら、箇条書きでは説明しきれないことがあれば文章にするのも構いませんが、まずすべき事は箇条書きです。その他プロトタイピング以外の開発手法ウォータオフォールとかスパイラルモデルとか。ただ、高校生の段階では、ウォーターフォールは使わないだろう。システムへの高度な専門知識がないとウォータオフォールは使いこなせないので。探究学習したら公開しよう NHk『情報I』で最終回で言ってたのですが、学校で探究活動や実習などで課題の解決案を出したら、なるべく学外にも公開しましょう。たとえば、地域の課題をIT技術で解決しようとする探究活動をしたなら、その成果の知見を当の地域の人たちに公開しましょうと、そうNHKに出演した大学教員は言ってます[37]。しばしば、せっかく新しい発見やアイデアを出しても、それが学校の中だけで完結してしまい、社会に何も還元しないことがあります。また、学校内で情報の流れが閉じていたりすることがあるのも問題です。自治体でも、地域との交流のため、東京など金のある地域では、自治体の主催によって、地元の学校どうしの探究発表会を開催しています[38]。さて、そもそも、公立高校は税金で補助を受けてるのですから、成果はなるべく発表しましょう。また、自治体や教育委員会などは、こういう、高校どうしの情報共有や連携などの取り組みを支援しなければなりません。NHKの例でも、アンケート調査をする探求学習で、自校だけでなく他校にもアンケートを取っています。自治体はこういう学校間連携ができるように、教育環境整備しなければなりません。生徒や教職員だけの努力では無理です。ほかの公務員などの大人も仕事をしなければならないでしょう。（※範囲外） KPT法とデザインレビュー KPT法 - ニュース情報デザインを、もしかしたら将来は小学校で教えるかもしれないというニュース。小学校で新教科として情報科を設置する案があり（未決定。あくまで案）、その教育実験が東北の教育大附属の学校で行われている。後述するKPT的な話のほか、構造化の話もしている。なお、構造化については本wikiでは『高等学校情報/情報の科学/構造化』に解説がある。ほか、対象者を明確にせよ、という話も上記の実験授業にある。ターゲット層の話。情報I・Iiの検定教科書でも、一部の教科書でターゲット層の話をしている。ほかに紹介されたものを、上記の構造化とまとめて次に列記すると、 - 色の効果、フォント、キャッチコピー、レイアウト、構造化（※編集の都合で列記）、（グラフなどによる）可視化、対象を明瞭（※おそらくターゲット層の話）、「評価を受ける」（後述のKPT法）、比較する、なども上記の実験授業にある。（※ 「比較する」というのが何か、よく分からない。A/Bテストのことだろうか？それともソフトウェアデザインにおける模写のことか（他人の上手いソフトウェアの挙動と自作の挙動とを見比べる方法。）? ）上記ニュースでもあるのだが、なにかの告知ポスターらしき作品を作らせて、生徒どうしで成果物のレビュー（品評）を行わせている。その際、「良かった点」と「改善点」を生徒どうしに述べさせている。評価を受ける際、他人からの評価を受けるのがポイントである。上記ニュースのリンク先でも、実験校の教師がそう指導している。作り手の自分だけが分かっても、意味が無い。基本、ポスターというのは他人に何かを伝えるために作るので、他人から見て分かりづらいなら、反省点にしなければならない。「改善点」を言わせるのがポイント。「分かりづらい」という感想だと、言われた相手（作り手の側）にとっては改善点が何なのかが分からない。なので、生徒どうしで品評する場合は「問題点」ではなく「改善点」として、生徒の「漢字にふり仮名が無いので読みづらかった」という感想をもとに「ふりがなを追加すべき」という改善点になる。下記のKPT法（ケプトほう）という品質改善手法が、これに近いだろう。（ただし、KPT法では「改善点」ではなく「問題点」を集めるという違いがある。） - 「良かった点」と「改善点」の収集プレゼンなど発表をした際、または発表前に仲間内でシミュレーションする際など、発表の良かった点・改善点を信頼できる仲間内で評価しあい、今後の改善につなげると、役立ちます（※ 数研出版の副教材の見解）。 ※ 数研出版はここまでしか言ってないのですが、なぜそうすると良いのかwiki側で追加説明します。人によって、良い点ばかり気づく人もいれば、改善点ばかり気づく人もいて、人ごとに片寄りがあります。このため、発表などを評価しあう際、事前に評価シートなどに「良かった点」「改善点」の両方とも記入欄を用意したりすると良いでしょう。世間には、お世辞ばかり言ってロクに発表内容を聞かずに「全部良かったよ」とか言うクソ野郎とか、その逆に発表者が嫌いとかの理由で全部ケチをつけるクソ野郎とかいるので、そういう人を排除するためにも「良い点」「改善点」の両方をします。というか、たぶん数研出版の編集部で、こういうふうに原稿などの「良かった点」「改善点」とかの相互評価をしているのでしょう。 - （※範囲外）KPT法「KPT法」（ケプトほう）というビジネス手法があります（KPIとは異なる）。Keep、Problem、Tryの略です。良かった点は、今後も続けて欲しいので Keep （継続する点）、改善点は問題点が由来なのでProblem（問題点）、そして、KeepとProblemをもとに今後に挑戦すること（Try）を決める、という手法です。ネット上ではKPT法とアンケートを関連づけてる記事は特にないのですが、しかし上述のように、アンケートで「良かった点」・「悪かった点」を最初から記入欄を設けることにより、アンケート収集者はKPTを自然に実践できるでしょう。アンケートでは、KeepとProblemだけで十分だと思います。上記の数研出版のアンケート例でも、良かった点（Keep）と改善点（Problem）しか自由記述欄が無いし。なお、Problemのアンケート結果で問題点の報告が集まったら、それをもとに、本質的に解決すべき課題を決める必要があり、この今後の課題のことをイシュー issue と言います。（なお、GitHubなどの管理サイトを使っていると、issueという項目がある。かなり高度に専門的な話だが、イシュー管理ツールとかチケット管理ツールとかいうサーバーソフトがあって、それで issue を管理できる。専門的すぎる話なので、読者は分からなければ、このカッコ内は読み飛ばしていい。） - issueは、自分たちの努力で解決できることを書きます。「消費市場が○○なので困ってる」みたいな外部要因に何かをさせる的なことを issue に書かない。issue は、暗黙の前提として「自分達が○○をする」という形にする。 issueを書く際、「なぜ困っているか」Whyという情報は、「何に困っているか」What に変換しましょう。最終的に解決する必要があるのは、目的語となる What だからです。読者がもしToDoリストを知ってれば、このissue解決も、ToDoリスト上の解決すべきタスクに加えます。そして、チーム開発をしているなら、issueを開発チーム内に報告して、情報を共有します。 Keepのアンケート結果は、今後の仕様とするかどうかを決めます。仕様とすると決まった場合は、それを社内のその製品の開発マニュアルなどのチェックリストに入れて、確実に今後も長所が反映されるようにします。[39] なお、アンケート回答者にProblemを書かせる際の注意として、改善策まで書かせないことです。改善策があると、別の工程（Try）が混ざってしまっているので、かえって分離の手間が増えてしまうので、収集側にとっては非効率になってしまうからです。改善策については、収集者の側で Try として考えます。そのため、「悪かった点」「問題点」などのような記入欄の題名にするなど、あえて否定的な表現の題名にすると良いでしょう。つまり、Problemには、困りごとについて、5W1HでいうHowの形式で、実際に起きた事例をなるべく書きます。 - ※ アンケートを多数、回収したら、さらにそれをテキストマイニングのツールを作って分析、という教育研究もすでに別の学校（大学）などで実施されている。[40] すべての弱点は改善する必要は無い改善すべき問題点は、放置すると今後の脅威になりうる問題点のみです。単に、苦手を克服することに価値はありません。たとえば、アナタがもしベトナム語が苦手だとして、これからベトナム語を練習して得意になっても、ベトナムでの仕事に就職できなければ、そしてベトナム文化の研究とかの特技でもなければ、経済的にはアナタのベトナム語の練習の価値は低く、単なる趣味・道楽とみなされやすいのと同じです。 SWOT分析（「スウォットぶんせき」と読む）というのが、脅威に備える現状認識法であり、強み（Strength）、弱み（Weakness）、機会（Oppotunity）、脅威（Threat）、の分析です。 SWOT分析は、課題解決の方法ではなく、現状認識の方法です。これらの思考ツールでいう「分析」とは、未処理では複雑・漠然（ばくぜん）で把握しにくい情報を、細かく具体的な情報に分けることです。分析と聞くと、ついつい原因を考えたくなりますが、しかしここでいう「分析」とは、原因を考えることではなく、分けて具体化することです。 SWOT分析など分析ツールそれだけでは問題解決できず、その分析で得られた具体的な情報をもとに別途、問題解決を考えていく必要があります。さて、日本語の「弱み」という言葉のニュアンスとは、やや違っています。SWOT分析でのWeaknessは「脆弱性」（ぜいじゃくせい）のようなニュアンスです。よく「セキュリティ脆弱性」とか言いますが、その脆弱と同じニュアンスで、放置すると脅威を引き起こす、呼び寄せるものの事です。たとえばポスター作りの「弱み」なら、「自分はいつも誤字脱字が多い」とか「文化祭ポスターの試作で、校舎をえがいたつもりなのに、どうやら観客には市役所の庁舎に見えてしまっているようだ」とか、そういう今後のトラブルを起こしそうな「脅威」になりうるレベルなのが「弱み」です。単に、「漢字検定2級をまだ取得してない」とかそういうのは、とりあえず放置しても今後の脅威にならないので「弱み」ではないのです。すでにKPT法で分析している人は、いちいちSWOT分析を書き始める必要はありません。ただ、KPT法を活用する際、SWOT分析を知っていると、より上手にKPT法を活用できるようになります。さて、私たちの今の目的は、「収集したアンケート結果の、今後のための分析と活用」です。目的、ゴールを、はっきりとさせましょう。この節では、KPT法への活用を想定して、SWOT分析の考え方のうちKPT法への流用に必要な部分だけを説明します。ゴールに寄与しない事は、後回しで良いのです。ともかく、脅威にならない単なる苦手といった弱点は、改善の必要はありません。むしろ企業社会では、株主や銀行などは、脅威にならない弱点克服は単なる道楽（どうらく）みたいな扱いをします。ターゲット層にウケない弱点克服をしても、意味がありません。たとえばベトナムで商売してない会社に就職しようとするのにベトナム語をいきなり練習しても、大して価値が無いのと同じです。経済は「分業」とか比較優位（ひかくゆうい）とかで動いているのですから、ベトナム語はベトナムの専門家に任せればいいのです。親戚がベトナム人とかでないかぎり、いちいちベトナム語を勉強しても、経済的には利益を得づらいのです。ベトナム語の例なら、「ベトナム語の就職への活用をあきらめる」と言うのも改善策です。そのジャンルから「撤退する」「他の企業や競争相手に任せる」等も解決策です。実際、SWOT分析でも、「市場撤退」も、脅威への解決策の一つです。さて、改善をする際、強み（Strength）を損なわないように改善する必要があります。たとえば、ポスターに掲載する情報を増やすと、情報不足という弱点は解決しますが、そのぶん一つ一つの情報が目立たなくなります。どちらを優先すべきかは、用途によって変わります。」よって、確保すべき強みに、優先順位をつけましょう。ポスターを例にあげましたが、ソフトウェアのUIなども同様でしょう。なお、どんなに強みを強化しても、基本、ぜい弱性は解決しません。たとえば、誤字脱字や誤情報のあるポスターで、どんなに絵を上手に書いても（あるいは写真を上手に撮影しても）、そのポスターの誤字や誤情報は解決しないのと同様です。たとえば「虫歯の治療」のようなものです。虫歯のある小学生が（ぜい弱性）、その子の小学校の成績が良くて（強み）、どんなに小学校の勉強を頑張っても、何も虫歯は解決しません。歯医者に行くとか、せめて歯磨きを毎日するとかしないと、問題は解決に近づきません。 - （※余談の余談）なお、SWOT分析では、「強み」Sと「機会」Oを分離します。機会は、外部環境および未来予想のうち、事業に活用できそうなものです。ここでいう「強み」は、内部環境および過去の実績などです。どこからどこまでが内部なのかは議論の余地がありますが。 - まあ、強みと機会の分離は、後回しにしても良い。それよりも、まず優先すべきは、脅威Tへの対応です。私たちの当初の目的を忘れてはいけません。このページの場合、当初の目的は「収集したアンケート結果から、今後のための改善策を考える」ことが目的です。 SWOT分析とかKPT法とかをあれこれと覚えることは目的ではなく、ゴールに寄与しません。単にこの節では、考え方の例示をしているだけです。デザインレビューデザインレビュー（design reviews、略称：DR）と言う言葉があり、何かデザイン物を作るとき、いきなり本番にせずに、制作チーム内に設計案を提出して、チーム仲間たちに品評してもらいます。なお、製作チームの仲間内でないレビューは、デザインレビューではなく、単なるレビューです。どちらのレビューにせよ、アンケートなどで他人の製作物の問題点を書くとき、改善策につながりやすいように具体的に書くのがコツです。一言「わかりづらかった」とか「いまいち感」とかは論外です。そういうのは問題点ではなく、単なる感想です。仕事でないなら、そういう感想を言うのもいいですが、しかいｓ仕事の場合のレビューなら、「問題点」というには、「解決すべき問題は何なのか」がハッキリしないといけません。仕事でのレビューでは、なるべく解決すべき問題をハッキリさせましょう。たとえばポスターの問題点なら、「文字が小さすぎる（または「大きすぎる」）」とか「文字が多すぎる」とか「文字の色が背景色と近くて、読みづらい」とか「コントラストがキツくて読みづらい」とか、「子どもに来てほしいイベントなのに、子供が読めない漢字が多い。ふりがなも無い」とか「絵の線と文字の線とが密集していて、文字が読みづらい」とか「絵がイベント内容と違いすぎて、てっきり別のイベントだと誤解してしまった」とか・・・（以下略）、そういうのが問題点です。このように」具体的に問題点を書けば、あとは作り手は、その意見をもとに改善策を考えられます。改善策については、たとえば1つの問題点について、複数の改善策があるので、それを作り手の側で考えます。たとえば問題点「文字の色が背景色と近くて、読みづらい」なら、解決策は下記の2つ以上あるわけです。 - 文字または背景の色を変える。 - 色はそのままで、文字のフチドリ線を追加して、背景と文字を区別できるようにする。などです。なので、「問題」には、解決策を混ぜてはいけません。混ぜてしまうと、ほかの解決策を見落としてしまうからです[41]。上記のように改善策は複数個あるので、改善策については Problem には含めず、作り手側に判断を任せます。しかし、ここまで問題点を具体的に報告できるようになるためには習熟が必要なので、教育的には、初心者はまず改善策を報告するようにしたほうが良いかもしれません（※ じっさい、数研出版の教科書のアンケート例でも「問題点」ではなく「改善策」を記述させている）。ほか、論外の感想として、ポスターの感想なら「絵がヘタ」とか「文章センスが無い」とか、そういうのも論外の感想です（こういうのは「問題点」「改善策」とは言いません）。なぜなら、解決のための絵の練習に時間が掛かり過ぎるので。暗黙の前提として、提示すべき「問題点」や「解決策」は、短期間かつ低コストで実践が可能な解決策でなければなりません。さて、医療看護系の問題解決ツールで提案されているフレーズで、「す・じ・こ」というのがあり、「（す）すぐに着手できる、（じ）実現可能である、（こ）効果的である」というのがあります[42]。レビューでもPDCAでも、なるべく「すじこ」な提案をしましょう。上述の「絵がヘタ」とか「文章センスが無い」は、すぐには着手できないので論外です。ほか、論外のよくある感想で、ターゲット層を無視した感想があります。たとえば、マンガとかのレビューで、幼児むけのマンガ本やアニメなのに、大人が「もっと、大人の好みにあうように○○にすべきだ」みたいな感想もよくあります。自分の好き嫌いと、社会の要求との区別がついてない、頭のわるい大人です。「自分の好みの作風＝上手い作品」という人は、大人も子供も、けっこう多いです。脚注 - ^ 小谷敦子『仕事時間を減らした人の｢振り返り｣という習慣週に1回実践すると変わってくる』、東洋経済、2019/10/29 6:00 - ^ 著者非公開（当時）『高等学校情報科「情報Ⅰ」教員研修用教材（本編）第2章コミュニケーションと情報デザイン』 P.84 - ^ 浅見和寿著『Z世代の生徒とつくるはじめての部活動』、明治図書出版、2023年10月初版第1刷刊、P.40 - ^ （動画）マネジメント・コンパス『【MC看護管理】PDPによる問題解決』 2020/10/27 - ^ 『幹部のマネジメント力育成のコツ計画を具体化しPDCA回す』2024.3.5 - ^ Marie Ogoshi『課長に求められる「現場トップ」としての３つの役割～部長・係長との違いとは - 社員研修,教育職員研修人材育成ならインソース』 - ^ 松田稔樹ほか12名著『問題解決のためのデータサイエンス入門』実教出版、2021年10月25日初版第1刷発行、P.6 - ^ 松田稔樹ほか12名著『問題解決のためのデータサイエンス入門』実教出版、2021年10月25日初版第1刷発行、P.23 - ^ 松田稔樹ほか12名著『問題解決のためのデータサイエンス入門』実教出版、2021年10月25日初版第1刷発行、P.23 - ^ みおりん著『やる気も成績もぐんぐんアップ！中学生のおうち勉強法入門』、2022年2月15日初版第1刷発行、P58 - ^ みおりん著『やる気も成績もぐんぐんアップ！中学生のおうち勉強法入門』、2022年2月15日初版第1刷発行、P58 - ^ 『インタビュー映像美術のはなし \| 高等学校美術 \| 光村図書出版』情報をデザインするということ、語り手：グラフィックデザイナー中川憲造教科書関連ページ：平成30年度版『美術2』P.32-33「情報を視覚化するデザイン」 - ^ 『インタビュー映像美術のはなし \| 高等学校美術 \| 光村図書出版』情報をデザインするということ、語り手：グラフィックデザイナー中川憲造教科書関連ページ：平成30年度版『美術2』P.32-33「情報を視覚化するデザイン」 - ^ 『インタビュー映像美術のはなし \| 高等学校美術 \| 光村図書出版』情報をデザインするということ、語り手：グラフィックデザイナー中川憲造教科書関連ページ：平成30年度版『美術2』P.32-33「情報を視覚化するデザイン」 - ^ 『高校情報科_本編_190806.indd - 1416758_004.pdf』 90ページ 2020年5月18日に閲覧して確認. - ^ 『社会と情報第5回情報デザイン』 - ^ 実教出版『情報I Python』、P26 - ^ 実教出版『情報I Python』、P26 - ^ 経済産業省・独立行政法人情報処理推進機構共著『デジタルスキル標準』ver.1.1 ,2023年8月』 ,P.24 - ^ 『高校情報科_本編_190806.indd - 1416758_004.pdf』 90ページ、ページ下段『（５）評価・検証する』 - ^ 中島幸子『知識ゼロからのSTEAM教育』、幻冬舎、2022年11月25日第1刷発行、P12 - ^ 中島幸子『知識ゼロからのSTEAM教育』、幻冬舎、2022年11月25日第1刷発行、P21 - ^ 中島幸子『知識ゼロからのSTEAM教育』、幻冬舎、2022年11月25日第1刷発行、P21 - ^ 文部科学省/mextchannel『高等学校「情報Ⅰ」オンライン学習会【第8回】情報をデザインすることの意義、デザインするための一連の進め方』 - ^ 経済産業省・情報処理推進機構共著『デジタルスキル標準 ver.1.1』,2023年8月 , P.79 - ^ 山崎正明『中学校美術指導スキル大全』、明治図書、2022年5月初版第1刷刊、P51 - ^ 山崎正明『中学校美術指導スキル大全』、明治図書、2022年5月初版第1刷刊、P51 - ^ 佐藤優編著『埼玉県立浦和高校論文集』、K＆Kプレス、2019年12月15日第1刷発行、P423 - ^ 佐藤優編著『埼玉県立浦和高校論文集』、K＆Kプレス、2019年12月15日第1刷発行、P423 - ^ NHK高校講座『社会と情報第10回メディアの発達』 - ^ NHK高校講座『社会と情報第10回メディアの発達』 - ^ NHK高校講座『社会と情報第10回メディアの発達』 - ^ 経済産業省『我が国におけるサービスデザインの効果的な導⼊及び実践の在り⽅に関する調査研究報告』2020年3月、、 - ^ 経済産業省『⾼度デザイン⼈材育成ガイドライン』2019年3月29日 - ^ 安藤拓生著『創造的問題解決としてのデザインに必要な能力に関する理論的整理』、立命館大学、Vol. 2 『デザイン科学研究』 2023 年 3 月、 2023年12月19日に閲覧. - ^ 岩谷昌樹・八重樫文共著『デザイン思考家の条件』立命館大学、Vol. 2 『デザイン科学研究』 2023 年 3 月、P.136 - ^ 『第20回データを武器に問題解決!』放送日：2月16日 - ^ 『【高校生】地域の課題と解決策を「探究」授業の成果発表東京・八王子市』 2024/02/12 - ^ 『KPT をチェックリストに昇華させると無駄なく知識が蓄積される - PolyPeaceLight』 - ^ 上山輝『デザイン教育の視点からみる一般学生のプレゼンテーションポスター制作と評価』、大学美術教育学会「美術教育学研究」」第 49 号（2017）、P.121 – P.128 - ^ 日本赤十字社医療センター看護部『看護管理職の継続教育プログラム開発』成果普及冊子』2016 年２月発行、P22 - ^ 日本赤十字社医療センター看護部『看護管理職の継続教育プログラム開発』成果普及冊子』2016 年２月発行、P24
null	null	高等学校情報/情報の科学検定教科書では、科目『情報の科学』は、科目『社会と情報』を予備知識としてはいません。しかし当wikibooks『情報の科学』の各単元では、『高等学校情報/社会と情報』科目の知識を前提として説明していますので、まだ『社会と情報』を学習していない人は、先に『社会と情報』を学習してください。単元 - 計算機システム - 高等学校情報/情報の科学/論理回路と半導体 (2017-05-25) （ダイオードとトランジスタによる論理計算（※ 範囲外）、論理回路、論理演算とビット、2進数と半加算器、NAND（※ 範囲外）、） - 高等学校情報/情報の科学/負数と小数のデジタル表現 (2020-01-09)（補数、浮動小数点、） - コンピューターアーキテクチャ - 高等学校情報/情報の科学/CPUの処理の仕組み (2017-06-09)（フリップフロップ（※ 範囲外）、レジスタ、プログラムカウンタ、機械語とアセンブリ言語とプログラミング言語、APIとシステムコールとカーネル（※ 範囲外）、水晶振動子とクロック周波数（※ 範囲外）、） - プログラミング手法など - 高等学校情報/情報の科学/構造化 (2017-06-09)（構造化プログラミング（※ 範囲外）、HTMLとCSS） - 高等学校情報/情報の科学/JavaScriptによるプログラミング - 範囲外関連リンク - 『社会と情報』の教科書へのリンク → 高等学校情報/社会と情報発展・範囲外 - 高等学校工業/ソフトウェア技術 (2017-06-09) （BIOS、マスターブートレコード、ブートシグニチャ 55 aa 、カーネル、シェル、ユーザーランド） - 高等学校工業電子回路 (2017-06-09) （トランジスタの静特性、自己バイアス回路、負帰還増幅回路、演算増幅器（オペアンプ））
null	null	高等学校情報/情報の科学/ファイルシステムファイルシステムの原理問題提起ハードディスクとかのファイルは、どうやって管理されるのだろうか？われわれはすでに、CPUやメモリ処理の、おおまかな原理は学んだ。しかし、ハードディスクが、どういう原理で情報処理されてるか、まだ分からない。そこで、ハードディスクの仕組みを考えてみよう。結論から言うと、1つの目次ファイルが隠れているようだ。パソコンは、ハードディスクを「開く」などの命令を受けた際、目次ファイルを自動的に読み取り、ハードディスク内のファイル構成を把握している。まず、観察まず、とりあえず市販のパソコンに市販の外付けハードディスクをつないだら、パソコンがハードディスクを読み取りしてくれるが、いったい何を読み込んでいるんだろう。まず、そのハードディスク内にあるファイルの名前を読み取っているようである。じっさい、OS上からハードディスクにアクセスして内部表示してみると、そのハードディスク内にあるファイルの一覧が表示される。ここで注目する事として、各個別のファイルの中身は、まだアクセスしていない事である。じっさい、個別のファイルにアクセスしてみると、読み取りに時間が掛かる。つまり、ハードディスクにアクセスして開いた時点での、自動的なファイルの読み取り作業では、ファイル名の一覧だけを読み取っている。気づいたことハードディスクにアクセスして開いた時点での、自動的なファイルの読み取り作業では、ファイル名の一覧だけを読み取っている。ここで気づく事として、つまり、ファイル一覧だけが、ファイル中身の本体とは別に存在している事が分かる。つまり、われわれが一見すると「ファイルの集合体」のように見える、ハードディスクの中身には、じつは、各個別のファイル中身の本体とは別に、ファイルの目次（もくじ、index）のような物が、存在している事になる。ハードディスクへのアクセス時には、この目次ファイルだけを読みとっているようだ。そして、その、目次を仲介して、われわれのマウス操作などの操作にもとづいて、パソコン（つまりオペレーティングシステム）は各個別のファイルを読み取りに行っている。つまり、目次ファイルには、その目次で紹介された各ファイル本体の場所（ハードディスク上での場所）についての情報が、記録されている。パソコンが、利用者からの操作によって「○○のファイルを読み取れ」という指示を受けると、パソコンは、その指示にしたがい、目次で紹介されたファイル本体の場所に移動して、ファイルを読み取る、・・・という仕組みだろう。つまり、ファイル本体の記憶領域とは別に、ファイル一覧の目次のための記憶領域が、その外付けハードディスク内にあるハズだ。また、このような作業の前提として、ファイルを作成する時点で、ファイル本体の作成とは別に、ファイル一覧の目次にも、作成しようとしてるファイルの情報を追加する必要がある。上記のような、オペレーティングシステムなどによる、ファイルを取り扱うためのファイル管理の仕組みのことをファイルシステムという。オペレーティングシステムに、いろんな種類があるように、ファイルシステムにもいろんな種類があり、規格は統一していない。また、ひとつの記録メディア上で使えるファイルシステムは、1種類までである。満たすべき仕様ファイル名の記録が必要実際に市販のハードディスク内のファイル一覧を見てみると、まずファイル名を表示する。この事から、われわれの発見した目次ページには、（オペレーティングシステムとの、やりとりによって）ファイル名を表示する機能が必要である。もっというと、前提として、文字データを保存する機能が、われわれの目次ファイルに必要である。われわれの目次ファイルには、ファイル名を文字データとして記録できるようにする必要がある。（原理的には、開こうとしてる目的のファイル側でファイル名を記録しておいて、ファイル一覧を表示する際には、各個別ファイル内にあるファイル名データを読み込むという仕組みでも、原理的にはファイル名表示が可能なのだろう。しかし当wikibooksのこの教科書では、説明の簡単化のため、目次ファイル側でファイル名の一覧を記録してある仕組みであるとする。）ファイル形式の記録が必要また、たいていのOSでは、ハードディスクのファイル一覧を見ると、たとえばファイルが画像ファイルなら「jpg」（ジェイペグ）とか「bmp」（ビットマップ）のように、ファイル形式が表示される。この事から、われわれの目次ファイルには、ファイル形式も記録しておく必要が、ありそうである。世の中には、無数のファイル形式があるので、そのすべてのファイル形式にOSが事前に対応しておく事は不可能である。なので、ファイル形式は、そのファイル形式の名前で判断するしかなさそうである。つまり、ファイル形式の名前を保存する機能も、われわれの目次ページには、必要になりそうである。こうやって目次ファイル側にファイル形式の名称も記録しておくことで、その目的のファイルを開く際に、いちいち目的ファイルの中身をOSが分析しなくても、自動的に、そのファイル形式をあつかうアプリケーションを起動できるので、便利そうである。（原理的には、目的ファイル側でファイル形式の種類を指定しても、構わないのだろう。また、目的ファイル側と目次ファイル側の両方で、ファイル形式を指定しておいても、構わないのだろう。とりあえず当wikibooksのこの教科書では、説明の簡単化のため、目次ファイル側のみでファイル形式を指定するとしておく。）たいていのオペレーティングシステムでは、画像ファイルをあつかう専門のアプリケーションが指定されている。なので、いちいち、その画像ファイル専門アプリケーションの起動作業を人間が行う必要が、なくなるので、便利である。つまり、ファイルの起動には、実は、そのファイルを開くための別のアプリケーションが必要な場合が多い。たとえば画像データや文字データの場合などのように、いわゆる「コンテンツ」をあつかうファイルを開く際に、そういう場合（そのファイルを開くための別のアプリケーションが必要な場合）がある。原理的には、その目的ファイルを開くための別アプリケーションを自動起動する機能がなくてもオペレーティングシステムは成り立つのだろうが、しかし一般的に流通している有名なOS（たとえばWindowsやLinuxなど）では、ファイルを開こうとする際に自動的に、目的ファイルを開くための別アプリケーションも自動起動されるようになっている。「フォルダ」との関係いくつものファイルを「フォルダ」に入れて、まとめる事のできる機能が、一般的なOSにはある。この「フォルダ」機能も、結局は、われわれの言うところの「目次ファイル」の仕組みの流用であろう。「フォルダ」という名前と、アイコンのバインダーのようなグラフィックから一見すると、あたかも、その「フォルダ」の中に、さまざまなファイルが入れられるように見えるが、実はフォルダの正体は、おそらくは、ハードディスク全体の構成の目次ファイルとは別に、新規の目次ファイルを作成できるようにしているだけであり、その機能が「フォルダ」と呼ばれているだけであろう。フォルダのアイコンをクリックすると、そのフォルダに相当する目次ページが読み込まれ、その目次ページに記録・管理されている個々のファイルが表示されるが、利用者の目線からは、あたかも「フォルダ」内に個々のファイルが配置されているかのように見える。つまり、ハードディスク内の「フォルダ」データの場所と、そのフォルダの管理する個々のファイルのデータの場所は、実は、まったく離れた場所に、位置している。「フォルダ」データ内にあるのは、管理対象の個々のファイルの名称や保管場所などのデータだけである。このため、「フォルダ」アイコンから、何らかのファイルのアイコンを出し入れしても、ハードディスク内でのファイルの場所は変わらずに、単に「フォルダ」データの記録が上書きされるだけであろう。フォーマット対象のハードディスクの目次ファイルのつくりかたは、オペレーティングシステムが決めてあげないといけない。また、そもそも、目次ファイルをどこに配置するかとか、そもそもページに相当するものをどうやって作るかとか、そういう構成も、オペレーティングシステムが決めてあげる必要がある。例えるなら、ある書籍に、目次だけ存在しても、ページがなければ、書籍として機能していない。記憶容量の余っているハードディスクとは、書籍に例えるなら、ページが存在しているが、ページには何も書き込まれていない状態である。ハードディスクだけがあっても、ハードディスク上での何バイトを1ページと決めるかとかは、オペレーティングシステムなどが決める必要がある。実際の本では、読み手による、ある1ページを読み終わったかどうかの判断は、右下（もしくは左下）の文字を読み手が読み取る事により「このページの最後の文字だな」と分かる。しかしコンピューター上のデータでは、そのような物理的な「右下」とか「左下」なんて物は存在しないので、かわりに、書籍でいう「ページ」を読み終えた事をパソコンが判断するための目印となるデータが必要であろう。だから、個別のファイルを記録するまえに、まず、「書籍でいう「ページ」に相当するものを読み終えた事をパソコンが判断するための目印となるデータ」をハードディスク内の各所に配置してあげないといけない。要するに、まず「ページ」に相当するような枠組みごと、作ってあげる必要がある。このように、あるハードディスクが記録メディアとして利用できようにするために、まずは枠組みをつくる準備が必要であり、このような枠組みづくりの作業をフォーマット（format）という。なお、一般にある使用済みのディスクをフォーマットとすると、それまでに記録していた個別のデータは消去されてしまう。また、市販の外付けハードディスクなどは、すでにwindows用にフォーマットをされているので、フォーマットをしなくても使用できる場合が大半である。またなお、オペレーティングシステムを内蔵ハードディスクにインストールする時に、その内蔵ハードディスクは、そのオペレーティングシステム用にフォーマットされているのが一般的である。
null	null	高等学校情報/社会と情報/コンピュータ関係の時事など炎上とデジタルタトゥー職場の悪ふざけ写真の投稿 - ※ 第一学習社の公式サイトの教科書パンフレットで記載を発見。 - ※ 2023年現在、東京書籍および数研出版、第一学習社『情報I』の検定教科書(P.29)でこの話題があります。このように、資料集の内容は数年後に検定教科書に移行することもあります。インターネットでの情報公開には、責任がともないます。近年、企業の労働現場で、仕事中の光景を、その会社のその現場の労働者じしんが、会社の許可なくネットに投稿する事例がいくつか発生しており、問題視されています。単に仕事中の様子をうつすだけとはかぎらず、投稿者によっては、さらに、ネットの話題になろうとして自社商品などでイタズラなどを行う投稿もあり、大変に問題視されています。商品だけでなく設備のイタズラも駄目です。また、このような行為は、会社の信用を落とす事にもつながり、場合によっては営業妨害や名誉毀損などとして、多額の賠償金を会社から請求されかねません。なので、高校生はくれぐれも、このような事はしないようにしましょう。 - ※ また、迷惑行為かどうかにかかわらず、勤務先のことをSNSに投稿してはいけません。文科省の動画でも、職場のSNS投稿をやめるように忠告してます文部科学省/mextchannel『教材(10) 軽はずみなSNSへの投稿（全編）』。東京書籍『情報I』の章末の用語集で、「炎上」の語と解説もある。なお、英訳は検定教科書には書いてないが、「炎上」は英語の flaming の和訳。（日本の俗語ではない。）また、こういった不祥事は、子どものしたことだとしても、ネット上で拡散されて保存されてしまい、簡単には消せなくなることから、デジタルタトゥまたはデジタルタトゥーとも言います（※第一学習社、数研出版）。タトゥーとは「入れ墨」のことです（数研）。世界的に「忘れられる権利」との関係でデジタルタトゥーが議論になっていますが（※数研出版）、しかし今のところは（2023年に記述）、まだデジタルタトゥーを完全に消せるようにはなっていないので気を付ける必要があります。日本での人工音声の普及の経緯中学校で人工音声の存在について習ったと思う。実は、日本での普及は2007年あたりに、音声というよりも音楽の一種として、すなわち歌声合成ソフトとして、人工音声が一般の消費者にも普及した。音楽用の歌声の人工合成ソフトに『初音ミク』（はつねみく）という有料ソフトウェアがあり、これが2007年ぐらいにヒットしたためだ。（検定教科書ではジャンル名を「歌声合成ソフト」としている。） - （※ 最近では『情報』教科などの検定教科書でも、初音ミクがキャラクターイラストつきで良く紹介される。検定教科書では商品名は出せないので、かわりにキャラクターイラストが紹介されている。）重要な点として、 - ・『初音ミク』はあくまで楽器であるので（発売元の企業が、『初音ミク』など一連の商品をそういう楽器としての立ち位置で販売している）、通常の会話のような自然な発音をしゃべれるようには、作られていない。 - ・通常の会話のような自然な会話の発音の人工音声を目指す人工音声ソフトは、知名度は低いが、『初音ミク以外』のまったく別会社または別シリーズのソフトウェアである。 - ・ 2007年ごろの初音ミクの発売以前からも、人工音声のソフトウェア商品は存在している。一部の検定教科書では、初音ミク以外の人工音声ソフトウェアの紹介として『CeVIO』（チェビオ）（※ リンク先はウィキペディア日本語版）などが紹介されている。なお、歌声合成ソフトウェアはあくまで楽器なので、使用するにはメロディと歌詞をコンピュータに入力する必要がある。（※ こういう入力内容まで、検定教科書で説明されている。）入力者は、メロディと歌詞、必要なアクセントなどを入力する。ただし、声以外の通常の楽器（たとえばピアノや笛やギターなど一般の楽器）であれば、1990年代にはソフトウェア化されていた。そういった、楽器をソフトウェア化したものを使って楽曲を合成する分野のことをDTM（ディーティーエム）といい、デスクトップミュージックの略である。（※ 1990年当時は「シンセサイザー」などと言われた。シンセサイズ（synthesize）とは英語で「合成する」という意味の動詞） - ※ 初音ミクを開発・販売した企業は「クリプトン」（企業名）という日本のベンチャーIT企業（当時）だが、クリプトンに技術提供をした別企業はDTMソフトなども開発している大手の楽器製作メーカー（ヤマハ）。初音ミクを紹介した音楽の教科書や日本史Aの教科書で、DTMっぽい話題の解説が書かれているのは、こういう背景がある。動画コンテンツとの関係 - （※ ここら辺の話題まで、いくつかの検定教科書に記述があるらしい。） 2007年頃、日本では動画サイトなどが流行したこともあり、動画編集ソフトや3D-CGのソフトウェアなども格安なソフトが開発されて普及し、（企業や団体などでない）一個人でもCGアニメなどの動画コンテンツが作れるようになった（ただし、ソフトウェアを使いこなすための高度な技術力が必要）。また、一人で作るのとは逆に、インターネットなどを介して、動画やミュージックなどコンテンツ製作に必要な各分野の得意な人を集め(たとえば音楽はあまり詳しくないが絵の得意な人、その人とは別に絵はヘタだが歌の得意な人、楽器の得意な人、・・・などを集めて)、ミュージックビデオの動画コンテンツなどを作って成功する人も多く現れた。さきほど紹介した初音ミクも、インターネットを中心にして人気が高まり、ファンなどにより非公式（販売元ではない、一般消費者の手による）の動画が多く作られた。（※ 著作権の問題があるので、ここらへんは教科書では説明はボカされてるかも？）なお、「電脳空間のバーチャル世界（仮想世界のこと）のアイドル（バーチャルアイドル）を作ろう」という企業が2007年以前からあったが、2007年ごろの初音ミクの商業的な成功により、初音ミク以降に発表されるバーチャルアイドルのデザインが2007年以降ほとんどアニメ調のデザインになった。（バーチャルアイドルという概念まで、最近は教科書で紹介されているらしい。） 2010年前後の当時、日本や海外の実在する会場の音楽コンサートなどでも初音ミクの出演が行われ、それなりの人気を博した。（※ 英語などの他科目で、こんな感じの時事が紹介されてるらしい。下記のグーグルのCMのハナシも同様。）また、ネットを通じて初音ミクの人気が高まったこともあり、大手の外資系の検索エンジン企業（グーグル）のテレビコマーシャルなどに初音ミクのキャラクターが起用されることもあった。最新教科書 2022年の教科書検定で、高校の東京書籍の情報教科書で、初音ミクのMMD（Miku Miku Dance）が取り入れられた[1]。人型モデル用の3Dソフトウェアの仕組みを教えるらしい。「ボーン」「キーフレーム」などの用語が撮影された教科書の報道写真から見える。教科書の発売後、実物を確認したら、MMD用のフリー素材の話もしている。
null	null	高等学校情報/社会と情報/情報社会の権利と法知的財産権 - ※ 『中学校技術/情報通信ネットワークと情報モラル』に、知的財産権や著作権や産業財産権などについての説明があります。人間が書いた文章や、人間が作った音楽、さらには人間が考えて作った工業製品、人間が作ったコンピュータソフトウェアなど、人間が考えて公表したアイデアはすべて知的財産（ちてきざいさん）です。法律では、その知的財産を考えた人の権利を、知的財産権として守っています。知的財産権は、発明などにかかわる産業財産権（さんぎょうざいさんけん）と、小説や音楽や絵画などにかかわる著作権（ちょさくけん）とに分かれます。著作権と産業財産権産業財産権は、特許庁に出願して登録を認められる必要がある。商標権や意匠権、特許権、実用新案権が、産業財産権である。 - 商標権（しょうひょうけん）・・・ブランド名やロゴマークなどの権利。 - 意匠権（いしょうけん）・・・工業製品の形や模様などのデザインの権利。 - 特許権（とっきょけん）・・・たとえば液晶に関する発明や、リチウムイオン電池に関する発明など、発明のうち高度なものについて与えられる、独占的な権利。最長で20年間、与えられる。 - 実用新案権（じつようしんあんけん）・・・製品の形状や構造などの発明についての権利。なお、過去の特許や意匠権などをインターネット上で調べたい場合は、独立行政法人工業所有権情報・研修館のwebサイトで調べられる。 - 関連する法律 - 特許;特許について日本では、特許法によって、特許権について定められている。 - 実用新案権 - 実用新案権については、日本では実用新案法によって定められている。 - 商標権 - 商標権については、日本では商標法によって定められている。 - 意匠権 - 意匠権については、日本では意匠法（いしょうほう）によって定められている。 - また、不正競争防止法の「形態模倣規制」にも意匠権について定められている。立体商標のように、商標法と不正競争防止法の複数の法令で保護している場合もある。著作権著作権の対象は、おもに小説、音楽、絵画、映画などであり、書籍や新聞、書籍、音楽や絵画などでの作品などが対象だが、コンピュータのソフトウェアも著作物に含まれる。 ※ （範囲外: ）つまり、「1600年関ヶ原の合戦」「2017年1月5日、天気は晴れ。」のように単なる出来事を記録したものは、著作権の保護対象にはならない。著作権で保護されるためには、思想や感情を表現する事が必要である。なので、単なる出来事やデータの記述は、著作権の保護対象にならない。たとえ幼児の描いた絵画であっても、あるいはアマチュア作曲家の作曲した曲でも、著作権での保護対象になる。著作権法で要求される芸術性あるいは創作性とは、作家が芸術性や創作を目指したものであれば充分であり、けっして技巧のうまさは要求しない。けっして、その作品の価値が、えらい肩書きをもった芸術家に認められなくても、あるいは美大や音大や芸大の教授に作品価値を認められなくても、誰かが小説や絵画をつくりさえすれば、その作品は著作権の保護対象物である。つまり、プロかアマチュアかに関係なく、芸術性・創作性のある著作物をつくれば、著作権の保護対象になる。著作者が、大人か子供かにも関係なく、芸術性・創作性のあるのある作品を作りさえすれば、著作権の保護対象になる。つまり、ある著作物が、著作権法で保護されるためには、その著作物が、思想や感情を（小説や絵画などの）創作的手法で表現したものである事が必要である。だが、その思想や感情そのものの創作性は、いっさい要求されない。つまり、すでに充分に知られた思想であっても、それを（小説や絵画などの）創作的手法で表現さえしていれば、著作権法での保護に値する。著作権は、その著作物を創作した時点で権利が発生し、その創作者自身が著作者となり、創作者自身が著作権者になる。著作権法により、著作権についての決まりが定められている。著作権の保護期間は、日本では、原則として、公表後から著作者の死後70年まで、である。ただし映画は、公表後から著作者の死後70年まで、である。 - （※ 範囲外 : 映画の著作者）「映画の著作者とは誰か？」というのは、法律でも不明確である。映画の監督なのか、主要なスポンサー企業なのか、脚本家なのか、原作小説があれば原作者なのか、いったい誰が著作権者なのだろうか。映画の著作権の有効期間の計算では、誰に合わせるべきか。また、制作会社の企業を仮に法人（ほうじん）、つまり法律上の人として考えた場合、企業は人間と違って、寿命が無い。このような問題もあってか、映画の著作権の有効期間の計算では、その映画の初公開を基準に計算する。 - ※ 著作権法では、実は「映画」とは何か、細かい定義は無い。なので、映画館で見ないビデオ作品やビデオ録画映像やテレビ番組などは、はたして「映画」に入るのかどうか、実は、なやみどころであるようだ。とはいえ、判例や国際的な著作権動向などにより、市販されてるビデオ作品などは、たいてい「映画」と見なされるようである。たとえば参考文献『現代法入門』（三省堂）では、テレビの報道番組は、映画の著作物と見なされる、と紹介している。また、著作権の一部は、財産的な権利であると見なされるので、他人に譲渡できるし、著作者の死後には相続もできる。 - 著作者人格権 - 公表権 — 著作物を公開するかどうかを、著作者自身が決める権利。 - 氏名保持権 — 公開するさいに自分の氏名を公表するかを、著作者自身が決める権利。また、公開するさいに自分の名称（氏名やペンネームなど）をどう表記するかを決める権利。 - 同一性保持権 — 著作物を許可なく改変されない権利。 - 著作権 - 著作隣接権 - たとえば、音楽作品のレコード製作者やCD製作者などの、著作物を伝達する仕事の人にも、著作隣接権（ちょさくりんせつけん）という権利がある。 - このため、たとえばベートーベンやバッハなどの、中世や近世のクラシック音楽を、現代の人が演奏したCDやレコードなどは、たとえ作曲家がずっと昔に死んで著作権が切れていても、現代のCD製作者の著作隣接権は切れてないし、そのCDに演奏を提供した演奏者の著作隣接権もまだ切れていないのが普通なので、クラシックCDであっても、決してCD製作者などの権利者に無許可ではインターネット上に公開してはいけない。 - 複製権（ふくせいけん） — 著作物を、著者などの権利者に無断で複製されない権利。 - 上演権・演奏権・上映権 — 著作物を無断で上演・演奏・上映されない権利。 - 口述権（こうじゅつけん）・展示権（てんじけん） — 著作物を無断で口述したり展示したりされない権利。 - 頒布権（はんぷけん） — 著作物が映画の場合の権利で、著作物（映画）を無断で譲ったり貸したりされない権利。 - 翻訳権（ほんやくけん）・翻案権（ほんあんけん） — 無断で翻訳、加工、編曲などされない権利。 - 譲渡権（じょうとけん）・貸与権（たいよけん） — 無断で譲ったり貸与されたりしない権利。著作権について著作権人間が作った文章や、人間が作った音楽や歌詞、人間が描いた絵やアニメーション、人間が撮影した写真やテレビ映像や映画などの動画には、すべて著作権（ちょさくけん）があり、勝手に他人が公開してはいけません。著作権法（ちょさくけんほう）という法律によって、著作権のありかたが決められています。なお、著作権についての国際条約としてベルヌ条約があり、日本国もベルヌ条約に加盟しています。なので、日本の著作権は、ベルヌ条約などの著作権に関する国際条約に、なるべく整合性をもつようになっています。さて、著作権は、その作品を最初に作った人に、権利があります。なので、たとえ他人が作った作品を書き写したりしても、著作権は最初に作った人にあるままです。 - ※ 著作権は、登録を必要としません。たとえ、なにかの機関（たとえば「著作権保護団体」のような団体名を名乗る機関）に作品を登録しなくても、作品を創作さえすれば、著作権は発生します。（※ 検定教科書の範囲内。たとえば、数研出版『情報の科学』に、そのような記述あり。）さて、たとえお金を出してお店で買ったイラスト集や音楽CDや映画DVDなどでも、著作権のため、けっしてインターネットなどで公開してはいけません。イラスト集や音楽CDなどを買ったときに購入品とともに付いてくる権利は、単に、その作品を自分が見てもいいという権利と、自分の家族などがその作品を見てもいいという権利だけなので、インターネットの第三者には勝手に作品を公開してはいけません。著作権のある物を、著作者以外が許可なく利用することは、法律できびしく罰せられる場合があります。インターネット上でデジタル化された文章や音楽や映像にも、著作権があります。また、大人や子どもの区別なく、作品をつくれば、その作品についての著作者になります。たとえば、中学生でも、何か作品を作って発表すれば、作った作品についての著作権をもちます。なお、写真を撮影した場合は、撮影した人のもつ著作権とは別に、撮影された被写体の人に肖像権（しょうぞうけん）があります。 - 範囲外 - ※ じっさいには、衣服など工業製品の形にも、その形を考えた人の権利（意匠権（いしょうけん）など）があったりする場合があるのだが、かといって衣服を撮影できないと裸を撮影するハメになってしまうので、慣習では、衣服の場合は例外的に、人物の写真などを公開するという目的なら、インターネットにも公開しても良いという慣習になっている。 - また、他人の作品を公開するかどうかの有無にかかわらず、他人がつくった作品を「自分が作りました」という行為は、法律で罰せられる場合がある。 - ※ 著作権は、作家のアイデアを直接には保護しません。（※ 参考文献: 有斐閣『知的財産権概論』、紋谷暢男、2012年第3版）具体例を考えてみましょう、たとえば、アメリカのあるアニメ会社が「ネズミを主人公にしたアニメをつくったら面白いんじゃないか？」と思ったとして、そのアメリカの会社が実際にそういうアニメを作ったとしましょう。それに対して、数年後に日本のあるマンガ家が、「動物を主人公にしたマンガを書いたら面白いんじゃないか？そうだ、ライオンを主人公にしたマンガを書こう。」とか思って、そういうマンガを書いたとしましょう。一切、その日本のマンガ家の作品は、著作権を侵害したことになりません。 ※ 発明家のアイデアを保護する制度は、特許権や実用新案権の制度です。著作権は、アイデアを保護しません。 ※ （絵画を描いたり、作曲するなりして、）作品を創作すれば、たとえ、その作品に大したアイデアが無くても、著作権によって保護されます。つまり、アイデアと著作性とは、切り離されています。 ※ ある著作物が、「著作権法によって保護される」には、要件として思想や感情が必要ですが、しかし、その思想や感情のアイデアの利用権は、著作権法では保護しません。 ※ ただし、間接的には、不正競争防止法などによって、商品のアイデアが守られる可能性があります。（※ 不正競争防止法については、情報科の検定教科書の範囲外。記述が見当たらない。ただし、公民科目の「政治経済」や「現代社会」のほうで、ひょっとしたら紹介されてる可能性はあるかも？）芸術作品だって、それを販売したり商用利用すれば、りっぱな商品でしょう。不正競争防止法により、他社商品と類似しすぎている商品は、規制されます。この規制は、いわゆる「コピー商品」を規制する目的です。たとい模倣品が、完全に同じコピーでなくても、ほとんど同じ機能・形態なら、実質的なコピー商品だろうと見なされ、不正競争防止法などにより規制されます。不正競争防止法による「コピー商品」排除の保護期間は、元ネタの商品の販売開始日から3年間です。その他の権利自分の顔やすがたには肖像権（しょうぞうけん）があり、この肖像権によって、顔写真など（自分を特定できる写真）が無断で撮影されるのを拒否できたり、無断で似顔絵などを書かれるのを拒否できる。肖像権は著作権ではない。また、肖像権についての法律による定めがない。しかし、日本では、判例などによって肖像権が認められている。引用や二次利用引用のさいのルール文章で書かれた書籍などの文章作品は、必要最低限かつ評論や紹介などの正当な目的ならば、著作者の許可がなくても自分の作品の一部に組み入れて発表できます。このような、他人の著作物を自分の著作物にとりこむ行為を引用（いんよう）といいます。引用のさいには、つぎのルールを守る必要があります。 - もとの著作物の題名(出典)および著作者の名称、出版社などを明示すること。 - 引用された文章は、かぎ括弧（『』や「」など）を付けるなどして、引用された部分を、自分の著作した部分と区別できるようにすること。 - あくまで自分の文章が中心で、その中で紹介・批評するために必要な分だけ取り込んでいること。 - 改変を行わない。ただし、文意を損なわないのであれば「(中略)」「(後略)」などで一部を省略してもよい。 - 未発表の著作の引用はできない。絵画や写真も先ほどのルールを守れば引用することが出来ます[1]。誤解されがちですが、歌詞もルールを守れば引用は可能です[2]。ただし、絵画や写真、映画はもちろん、楽曲や歌詞などの芸術作品は普通の文章に比べてどこまでが必要かの判断が難しいので、気になる場合には著作権に詳しい人に相談した方がよいでしょう。なお、授業での発表など学校内の活動の場合、出典の明記などのルールを守れば、まず大丈夫です[3]。また、芸術作品の場合、引用そのものは適切であったとしても公開方法によってはその他の権利を侵している場合もあります。もし著作権などの権利を侵しているかもしれないと思うのならば、書籍や新聞などの文章だけを引用するのが安全でしょう。そして、著作権法の範囲ではありませんが、以下の点にも気をつけましょう。自由研究をする場合や大学に入学してからは特に気を付けてください。 - 他人が先に発表した研究成果を、あたかも自分が先に発見したかのように主張しない。 - 他人の研究業績を盗む行為であるため、研究者たちの業界からは追放されるおそれが有ります。また、場合によっては、不正競争防止法（ふせいきょうそうぼうしほう）などに違反する可能性もありうるかもしれない。 - 研究業界では、盗作・盗用・剽窃（ひょうせつ）などといった用語が、他人が先に発表した研究成果を、あたかも自分が先に発見したかのように主張した者への批判の意味で使われることもあります。 - 他人が先に発表した研究成果を紹介する場合には、誤解を招かない形で他人の発見であることを明記する。 - 先行研究者や団体名が不明な場合は、それらの成果を紹介しない。どうしても必要であれば「研究者は不明」などと明記した上で、「なになにという研究成果がある。」と紹介するにとどめる。出典の表示のしかた - 書籍から引用する場合 — 最低でも、著者名、その出版物のタイトル、出版社名、出版年、引用ページ番号、を書くこと（こうした情報を書誌情報という）。 - ウェブサイトから引用する場合 — 最低でも、タイトル、URL、確認した年月日、を書くこと（引用後にページ内容が変更される場合があるので、ページをいつ確認したかを表示する必要がある）。 - 新聞から引用する場合 — 記事タイトル、新聞紙名、出版年月日、朝刊/夕刊、版、発行地域、該当ページを表示する[4]。著作物の二次利用の許可 - ※ 情報Iでも「自由利用マーク」を習う（たとえば数研出版『情報I』）。著作者が自分の著作物を、他の利用者も自由に利用してもいいと認める場合には、その意志を表示するためのマークがあります。たとえば、文化庁のさだめた「自由利用マーク」があります。もし、文化庁の「自由利用マーク」を実際に利用する場合には、文化庁のホームページに細かい決まりが書いてあるので、それを確認してください。 - 自由利用マーク日本では、文化庁が「自由利用マーク」を定めており、このマークによって、著者が他人に、その著作物をコピーなどしていい事を意思表示できる。（※ 中学校の検定教科書でも、「自由利用マーク」が紹介されている。）しかし、この「自由利用マーク」は日本国内でしか流行ってないマークであり、国際的には普及していない。フリーウェア、フリーコンテンツの著作権インターネット上では、著者みずからが無料で公開してるコンテンツ（小説、絵画、音楽などの作品）や、無料で使わせてくれるソフトウェアなどがあります。このような、無料のソフトウェアを「フリーウェア」「フリーソフト」といいます。また、このような無料コンテンツを「無料ソフト」「無料コンテンツ」などといいます。これら無料のソフトウェアやコンテンツは、一般に、著作者は著作権を放棄していません。ユーザが無料で出来ることは、あくまで、ユーザが個人で利用する範囲内です。そのため、商業利用する場合には何らかの許可をとる必要がある場合もあります。また、あたかも自分の著作物であるかのようにいつわることは著作権の侵害にあたります。ファイル共有ソフトと著作権侵害とウイルスファイル共有ソフトを導入したコンピュータどうしのネットワークでは、有料のソフトウェアや有料の動画や音楽などのコンテンツなどを不正コピーしたファイルが、無料で出回っていることがある。このような、不正コピーは、著作権侵害行為であり、違法行為である。ファイル共有ソフト自体は、単にコンピュータどうしの送受信の手段のソフトであり、著作権侵害ではないし、違法ソフトでもない。しかし、ファイル共有ソフトのネットワークでは、ウイルスも多く出回っており、しかも、それらのウイルスが、アイコンを動画ファイルや音楽ファイルなどのアイコンに偽装している場合もある。 ※ 一般のネットワークと異なり、ファイル共有のネットワークには管理者などが居ないので、ウイルスなどが放置されやすい。このような危険性もあるので、ファイル共有ソフトは、あまり用いないほうが安全である。クリエイティブコモンズソフトウェアでは、Linux（リナックス）のようなオープンソースがある。著作物にも、著者みずからが無料でコピーや配布や改良を許可した著作物がある。このように、すでにある著作物をもとに、正規にコピーや配布や改良をすることを、一般に「二次利用」（にじりよう）などという。 ※ 情報Iの範囲。（※ 第一学習社、東京書籍）これらのマークで著者じしんがコピーや配布をOKと意志表示している場合、その著作物をコピーして配布しても、著作権法の違反にはならない。コピーや配布のさいの条件などをつけている場合があるので、条件を確認してから、二次利用すること。その他の情報モラル - ※ 資料集の範囲書店などで、書籍の中身を撮影するのは犯罪です。（※ 数研出版の『情報モラル 14th Edition』に書いてある。）いわゆる「デジタル万引き」です。発展: 論文における先行研究の調査と著作権高校生の皆さんは大学に入学する人も少なくないだろう。場合によっては大学院まで進学するかもしれない。大学以上ではレポートや論文を書くことが多くなる。その際に気を付けるべきことをここで紹介したい。まず、論文を書くさいには研究成果の盗用の禁止、すなわち「他人の先行研究を、あたかも自分が最初に発見したかのように紹介してはいけない」というルールがある。これは研究の世界では厳しく運用されており、先進国各国の教育行政もそれを容認している。もし「他人の先行研究を、あたかも自分が最初に発見したかのように紹介してはいけない」というルールにある学生が違反した場合、最悪の場合、その学生はその大学を退学させられる処分になる可能性すらある。また、文部科学省などの教育行政も、そういう論文不正者への退学処分を容認している。それほどまでに、このルールは厳格に運用されている。しかし、そのことと、著作権法とは別です。しばしば、大学教員のなかには、この厳格な論文ルールの根拠を勘違いして、「著作権法の根拠によるもの」だという勘違いをしている人が、時々います。しかし、そうではないのです。著作権法とは無関係に、大学制度の教育行政の慣習として、適用されているルールなのです。裏をかえすと、この論文ルールを、論文以外の発表の場所で要求することもまた、著作権法に反している行為でしょう。たとえば「豚が、ぶった。」「布団が、ふっとんだ。」という、よくあるダジャレを発表するさいに、いちいち「誰が発明者か？先行研究者か？」とか、紹介する義務はないし、そのダジャレを聞いた相手がそのダジャレの発明者を勘違いしてもダジャレ発言者に責任はないし、もしダジャレ発表にそんな先行者紹介の義務（？）とやらを要求してきたり裁判を起こす人がいたら、きっと裁判官には違法な要求だと判断されるでしょう。しばしば、大学教員のなかには、厳格な論文ルールの根拠を「著作権法によるもの」だと勘違いして、論文発表以外（あるいは学術書以外）の出版物でも、そのルールを要求してくる人がいます。しかし、著作権法では、先行研究者紹介の義務などは、ありません。 - 先行研究は、どこまで調べるべきか？よく、大学の論文指導で「先行研究を調べろ。」と指導される。他人の過去の研究を調べるのは必要だが、現実には、過去のすべての関連研究は調べられない。例えばJAXAの研究者ですら、講談社ブルーバックス文庫『小惑星探査機「はやぶさ」の超技術―プロジェクト立ち上げから帰還までの全記録 (ブルーバックス)』などの書籍で、先行研究を調べ尽くすのは無理だと主張している。よって、論文などを書く際における先行研究の調査は、自分の調べられるかぎりで調べ、関連性の高そうな先行研究だけを論文では紹介すればいい。先に述べた研究の「盗用」（「他人の先行研究を、あたかも自分が最初に発見したかのように紹介してはいけない」）の心配については、意図的に他人の先行研究を隠すようなことをせず、自分の参考にした先行研究をすべて紹介すれば問題は生じない。もちろん、自分の研究に自分の知らなかった先行研究が見つかったら（もしくは、教えてもらったら）、自分の今後の論文やインターネットの自分のホームページなどで、先行研究を紹介する内容の訂正を追加すればいい。また、先行研究が見つかりづらい分野とは、そもそも、まだ、その理論がまだまだ分かりづらいなどの理由により、実用化が不十分なために、先行研究が見つかりづらいわけです。だから、少なくとも、あなたの研究しようとしている分野においては、その先行研究の実用化が不十分なわけで、先行研究が見つかりづらいワケですから、まだ実用化の不十分な理論を、実際に実用化させようとするための実験や計算もまた、研究対象になります。脚註 - ^ “論文・レポートを書くために｜レポート作成にあたって｜学習のアドバイス｜air U（エアー・ユー）学習ガイド”. guide.air-u.kyoto-art.ac.jp. 京都芸術大学. 2022年7月22日閲覧。 - ^ “どこまでならOK? ウェブサイトにおける歌詞の掲載～JASRACと京都大学の式辞に関する論争を契機に～”. 骨董通り法律事務所 For the Arts. 2022年7月22日閲覧。 - ^ “テンプレート:PDFlink”. 文化庁著作権課. p. 6 (2021年3月26日). 2022年7月22日閲覧。 - ^ “テンプレート:PDFlink”. 近畿大学中央図書館レファレンス課 (2022年5月1日). 2022年7月22日閲覧。 “④-1 新聞記事（紙の新聞）;記事タイトル．新聞紙名．出版年月日，朝刊/夕刊，版，該当ページ． - 例 - セブン＆アイ巨額買収に見る流通の未来．日本経済新聞．2020-08-04，朝刊，p.4．”
null	null	高等学校情報/社会と情報/電子掲示板とまとめサイト（※ ほぼ範囲外なので覚えなくていいです。）『高等学校情報/社会と情報/ネット上の自己主張の場』にも、電子掲示板の紹介がある。必要に応じてを参照せよ。匿名掲示板と「まとめサイト」ネットの「掲示板」ネット「掲示板」の特徴日本のインターネットでの電子掲示板サービスでの流行では、「2ちゃんねる」（2017年、「5ちゃんねる」に改名した）という大手掲示板が流行っていました。また、このほかに、これに類する「掲示板」（けいじばん）サービスが、各社からあります。なお「掲示板」とはいいますが、しかし、実在の掲示板とは、大きく違います。なので区別のため、私達は、呼び方を区別しましょう。2ちゃんねるのようなネット上の「掲示板」のことを、「ネットの電子掲示板」または「ネット電子掲示板」「ネット掲示板」「電子掲示板」と言いましょう。 - ・ネット掲示板は、おもに、議題ごとに、その感想などを言い合う目的で、用いられています。実社会の掲示板では、通達や連絡などに活用されたりしますが、しかしネット掲示板では目的がまったく違います。 - ・ネット掲示板では、どの分野について感想を言い合うのか、テーマや議題ごとに、別々のページが用意されています。たとえば、もし日本史の話をしたいなら、「歴史」やら「日本史」などのスレッド名のページに訪問して、そこで投稿をする、というようなシステムです。たとえば「歴史」というスレッドがあったとして、その「歴史」スレッドにアクセスし閲覧すると、さらに細かい議題に分かれており、たとえば日本古代史の議題や、世界史のテーマや、その他、いろんな小テーマに、分かれているので、興味を持った小テーマを閲覧したり、投稿したりする、というようなシステムです。 - ・また、ネット掲示板には、投稿した文章を消せないものが多い。 - ・また、実社会の掲示板では、掲示するためには事前に管理者による審査や許可が必要ですが、しかし、ネット掲示板では、そのような審査などはありません。 - ・そして、アカウント登録などをせずに、匿名（とくめい）で投稿できるのが、ネット掲示板の特徴です。「匿名」とは、「名前を名乗らない」という意味です。なので、ネットの電子掲示板のことを「匿名掲示板」（とくめいけいじばん）という場合もあります。 - ・ネット掲示板でもハンドルネームを名乗るのは自由ですが、しかし、投稿者がそのハンドルネームの本人であるかどうかを確認するシステムは、普通のネット掲示板にはありません。つまり、あるハンドルネームを名乗る投稿者が、じつは他人のハンドルネームを名乗っているニセモノの可能性もあります（「なりすまし」の場合もある）。 - ・投稿内容が犯罪予告だったりプライバシー侵害などの違法な投稿内容だったりすると、ネット掲示板運営企業が裁判や損害賠償を恐れるなどの理由で、事後的に（その違法な）投稿が消去される場合もあります。ただし、ネット掲示板によっては、海外企業が運営に関わっていたりして、はたして日本の法律に従ってくれるのか、不明です。 ※ このため、誰かの投稿内容がプライバシー侵害の違法な情報であるにもかかわらず、サイト管理企業の怠慢や悪意などにより、投稿が消されない場合もありえます。なので、ネット上では、あまりプライバシーを発言しないようするのが安全です。私達はどうすべきかこれら「2ちゃんねる」および類する匿名掲示板の利用者には、騙されないようにするためには高いリテラシーが要求されるので、まだ学習中の高校生にとっては電子掲示板を読む必要はないということもできます。どうしても利用する場合、このwikibooksなどで紹介されるような電子掲示板を利用する上での最低限の注意を読んだ上で、もし必要であれば利用するのに留めるのが安全でしょう。掲示板サービスは利用者が多いので、中には、なかなか賢い投稿文もありますが、しかし、それを一般人が見つけるのは、むずかしいのです。掲示板を利用する上での最低限の注意もし、それでも掲示板を利用したいなら、最低限必要な注意として、「掲示板にはウソやマチガイの内容の投稿文もある」という事を注意して、その上で利用しましょう。また、掲示板投稿者のなかには、違法な書き込み、脅迫的な書き込み、プライバシー侵害の書き込みなどをする人もいます。けっして、自分や知人のプライベートを、掲示板で教えないようにしましょう。また、もし、あなたが、他人のプライベートを掲示板で公表したすると、たとえ悪気がなかったとしても、もしかしたら、あなたが法的に処罰される可能性もありえるかもしれません。また、仮に、あなた自身が違法な書き込みをすれば、当然、警察などによって処罰されます。掲示板以外にも議論の代替手段はある Twitterなどのハンドルネームの登録でも利用できる交流サービスの登場により、本名でないペンネーム的な仮名（かめい）でも率直な議論が出来るようになったので、わざわざ掲示板で匿名で議論する必要も低下しました。ステルス・マーケティングの問題また、一般の消費者にとっては、電子掲示板で議論を建てるのは、時間が掛かって、なかなか利用できないので、広告メディア関連の業者などが世論を誘導するために、一般消費者をよそおって、評論をよそおって、自社サービスに宣伝的な議論を建てるという事例もあります。（こういうのをステルス・マーケティングといいます。）昔の商売でいう、「サクラ」というのと似たようなものです。ステルスマーケティングが行われる場所は、なにも電子掲示板だけとは限りません。動画投稿サイトなどでも、スポンサーのないアマチュアのふりをして、スポンサーのついている雇われの作家が動画を投稿をするような事例もあります。（※ ステルスマーケティングは高校の範囲であることを確認ずみ。※ 東京書籍の『新編情報と社会』（平成29年度版）に動画投稿サイトでのステルス・マーケティングの例の記述がある。）ステルス・マーケティングを略して「ステマ」とも言われます。なお、ステマはなにも、市販の商品の宣伝だけにかぎりません。政治運動の宣伝を、中立者をよそおって、政治評論をよそおって（宣伝だと気付かせずに）宣伝することも、ステマです。また、日本国外に住んでいて日本語に堪能な外国人が日本国内に住んでいる日本人を装って反日的な政治宣伝をしたり国際法を無視するような極右思想（極右思想に基づいて国際法を無視した侵略戦争をすると日本の国際的地位が下がる）を政治宣伝している場合もありますし、アメリカ合衆国外に住んでいて英語に堪能な者がアメリカ人を装ってナチズム（ナチスの思想）の政治宣伝をしている場合もあります。なので、もし、民意を調べようと思って、インターネットサイトの記事を調べる場合には、そのサイトや投稿者が信用できるのか、気をつけましょう。ステルスマーケティングは、なにも掲示板サイトに限った事ではありませんが、アカウントなどを登録する必要がないので、掲示板ではステマをやりやすいのも、きっと事実でしょう。さて、高校生には想像つきづらいかもしれませんが、社会人にとって、ほとんどの職種の労働者にとって、平日の朝は仕事に出勤するため忙しく、平日の昼間は労働中や休み時間であり、平日の夕方以降も疲れていてネット投稿どころではありません。また、休日も休養のため、精神的に疲れることになるネット投稿などは避けることが多いです。なのに、インターネットサイトに文章を投稿するというのは、無職または企業・団体の広報担当の仕事の人物でなければ、大学・専門学校など学校の学生・生徒か、なかなか変わった人物かです。単なる変わり者ならまだしも、掲示板の読者を「ダマそう」としている可能性もあります。例えば、掲示板のある書き込みが「上場企業のA社の株価があがると思う。なぜなら・・・」などと評論を述べてたとしても、しかし投稿した彼本人は、そのA社の株をこれから売り払おうとしてるのかもしれません。高値で売れたほうが好都合だからです。また、上場企業の株を不当に安く買うために、虚偽の不祥事情報を書き込んで株価を下げようとしている者もいるかもしれません。（なお、こういう事をすると、株式市場をゆがめる不当な「風説の流布」（ふうせつのるふ）として、逮捕され刑事罰を受ける可能性があります。）信憑性の問題また、掲示板で、たとえば教育関係の議題を読んでみると、まったく最近の教育動向を把握していない投稿文ばかり。他の議題でも、たとえば、経済の議論に参加してみても、高校レベルの政治経済の知識すらもない相手ばかり。そのくせ、自分を「テレビの情報操作にダマされない」と思ってる無知な人ばかりです。たとえ、その無知な相手に、その高校政治経済の知識を教えてあげて、まちがいを指摘してあげても、「オマエはテレビの情報操作にダマされてる！オマエは馬鹿者だ！」みたいな事を言って、感謝されるどころか罵倒されたりする場合も多いので、いっそ最初っから、そういう掲示板を相手にしないほうが得策です。かりに、同じ議題に参加してる第三者・第四者の投稿者たちで多人数で説得しようにも、その周囲の投稿者ごと、高校レベルの基礎知識すらなかったりしますので、説得は無駄かもしれません。そもそも、知的水準の低い議題ほど、多くの閲覧者が気軽に感想を言いやすいので、ネット掲示板には、そういう低水準な投稿が増えやすい、という問題もあります。（なお、この法則を「w:自転車置き場の議論」と言います。）実社会でも同じでしょう。たとえば書店に行って、どういう本が売れてるかを観察すれば、おそらく専門書や学術書の売れ行きよりも、芸能人スキャンダルなどを特集したゴシップ誌などの売れ行きのほうが、きっと大きいでしょう。ネットでも、それと同じ事です。なので、ネット掲示板をつかって専門知識や高度な論評を募集しようにも、なかなか、そのような高度な意見が集まりません。かといって、なかなか読者からの論評が集まらないからといって、しかたなく自分ひとりで論評を進めてしまうと、「ネット掲示板は個人の所有物ではない！掲示板を私物化するな！！もし、自分ひとりで論評をしたいなら、個人ブログで書け！」などと、批判されてしまいます。なので結局、ネット掲示板では、単に素人（しろうと）どうしが感想を言い合うだけになってしまったりします。ですから、もし情報あつめをしたいなら、なるべくツイッターやブログなどで情報あつめをしたほうが、きっと論評が集まりやすいでしょう。 - （ただし、ツイッターは、けっして公正中立な評論の場ではない。しばしば、政治的な発言をしていたアカウントが、（ツイッター運営により）アカウント削除をされたり、アカウントの再作成も禁止されてりするなど、ツイッターでは、そういった運営がされている。その結果、ツイッター社の経営に都合のよい、当たり障りのない発言をしているアカウントだけが残る。）（なので、ツイッター以外の他の情報源やメディアと組み合わせて、評論の真偽を判断する必要がある。）文系科目的な話題だけでなく理系的な話題でも、ネット掲示板では、たとえばノーベル賞の日本人受賞のニュースやら、あるいは宇宙開発やら国家プロジェクトなどの発表があったときなどの議題で、掲示板の投稿文で科学愛好家をよそおう文章を書く人が多いわりには、大学の1年生向けの理工系学部などでも習う理工書に説明されてるような基礎知識をまったく知らなかったりします。そのくせ、科学の権威にかこつけて、国家主義やら民族主義を語る投稿文ばかりだったりします。下手したら、高校の物理IIや化学IIの内容すら理解できてないくせに、断定的に論述する投稿文もあったりします。自然科学だけでなく、情報工学などの技術についても同様です。掲示板などでは、高校の情報科の教科書に書いてあるような情報収集力すらない人が、物知りヅラをして情報工学について投稿をしています。コンピューター業界は、20世紀後半に急成長したので、過去の時代では競争相手がすくなかった時代もあり、なので技術レベルのひくい人でも、コンピューターについて、すこしだけ知ってるだけで物知りヅラできた時代が、過去にあったのです。そのような時代感覚のまま、いまだに知ったふうに、コンピューター知識を自慢してる、時代遅れの人も、投稿をしたりしています。もしコンピューター技術について、書籍などに書かれない雑多な情報をネットで知りたければ、コンピュータ技術者が書いたブログなどを読むほうが、安全でしょう。わざわざ責任の所在が不明な匿名掲示板を読む必要は、ありません。「まとめサイト」ステルス・マーケティングの疑惑電子掲示板では議題が大量にあり、それらをすべて把握するのは大変なので、議題の中から、議論が盛り上がったりしたものだけを紹介するサイトがあり、そのような紹介サイトが、俗に（ぞくに）「まとめサイト」「まとめブログ」などと言われています。だいたい、2005年ごろに、登場したと言われています。「まとめサイト」という名前に「まとめ」とありますが、しかし実態は単に、2ちゃんねるの特定の話題の掲示板から、投稿文をいくつか転載して紹介するだけのサイトです。（そういう編集は、本来なら「まとめ」では無い。「まとめサイト」では、要点や論点は、まったく整理されてません。）「まとめサイト」は単に「2ちゃんねる投稿者の投稿文を転載し紹介しただけのサイト」です。さて、いくつかの「まとめサイト」では、そのサイトの運営業者と、広告メディア業者との関係が発覚し、宣伝のために誘導的に議題を紹介していたという事実が発覚したりもしています。（いわゆる「ステルス・マーケティング」。たしか2013年ごろ、そのような問題が発覚した。）投稿のシステムは、サイトごとに異なりますが、だいたいは「2ちゃんねる」など大手掲示板を参考にしていますので、まとめサイトの問題点・欠陥も、匿名掲示板と、だいたい同じです。転載の規制なお、「2ちゃんねる」などのいくつかの掲示板が、「まとめサイト」など他サイトへの転載を規制しています。なぜなら、「2ちゃんねる」掲示板は、アクセス者に広告を見せることによる広告収入などにより収益を上げるビジネスモデルだからです。もし「まとめサイト」が「2ちゃんねる」の内容を抜粋して転載してしまうと、多くのネット利用者は「2ちゃんねる」を閲覧せずに「まとめサイト」を閲覧してしまうので、「2ちゃんねる」は広告収入からの収益を上げられなくなってしまうからです。なので、現在、「まとめサイト」の多くは、「2ちゃんねる」風の掲示板を新たに設置して、その「2ちゃんねる」風の掲示板から転載したりする方針だったり、または「2ちゃんねる」の規制を無視して「2ちゃんねる」から転載する方針だったりします（どっちの方針かは「まとめサイト」ごとに異なる）。掲示板以外のサイトにも問題があるステルスマーケティングやデマ、なりすまし、「低水準な内容の投稿ほど気軽に発言できるので投稿が増えやすい」という問題、・・・などは、なにも掲示板（および「まとめサイト」）だけの問題ではありません。掲示板以外の他のサイトでも、ステルスマーケティングやデマなどは、ありえます。だから、けっして、単に「掲示板さえ見なければいいんだ！かわりにブログとツイッターとウィキペディアを見よう！」などと考えるのではなく、そもそもネットやテレビなどのメディアの情報を、けっして鵜呑み（うのみ）にしない事が大切です。前の文章でも説明しましたが、そもそも社会人のほとんどの職種の労働者にとっては、平日は仕事で忙しく、なのにインターネットに文章をたくさん投稿するというのは、無職または夜勤（やきん）の仕事の人物でなければ、なかなか変わった人物である、ということです。例えば、もし、あるブロガーやツイッター利用者が、彼の仕事のノウハウを、ブログなどで他人に教えてたとしましょう。では、そもそも、なんでわざわざノウハウを他人に教える必要があるのでしょうか？ノウハウを公開したら、競争相手にノもウハウを教える事になってしまいます。つまり、もしかしたら、競争相手をダマすために、わざと、まちがったウソの情報を「ノウハウ」として公開してる人もいるかもしれません。ネットの無料情報には、そういうダマシの可能性だって、あるのです。「激動の時代のいま、◯◯をしたほうがトクだ！」とか発言してるブロガーやツイッター利用者の本職は、もしかしたら、その◯◯の商品を売りさばくセールスマンかもしれません。例えば、ネット上で「これからの不況の時代、不動産投資をしたほうがトクだ！どんなに地価が低下しても、住むことはできるから、トクだ！！」などと発言する人の正体は、もしかしたら、その不動産販売のセールスマンかもしれず、あるいはアパート大家かもしれません。あるいは、不動産業界から宣伝依頼を受けた広告業界の人かもしれません。別に不動産投資や金融投資にかぎりません。例えばネット上で「これからの製造業不況の時代、マンガ産業やアニメ産業やゲーム産業などコンテンツ産業のほうが将来性がある！だから、この分野に興味ある若者は、今ならネットを使えば安い費用で作品を公開できるんだから、アマチュア作家としてデビューとして、どんどん参入すべきだ！！」などと発言する人の正体は、もしかしたら、そのマンガ家志望者やアニメーター志望者やらゲームプログラマーなどを低賃金でこき使える会社の管理職の立場の人かもしれません。あるいは、マンガ専門学校とかの入学者を増やそうとしてる学校関係者かもしれません。だから「私は別に、株取引などの金融投資をしないから、投資をそそのかす情報にダマサレないハズ」などと安心してはいけません。さて、けっして、仮にあなたが理系の学生だとしても「ボクは理系なので、投資もしないし、コンテンツ創作もしない」と安心はできません。例えばネット上で「これからの製造業不況の時代、IT産業のほうが将来性がある！だから、この分野に興味ある若者は、今ならネットを使えば安い費用で作品を公開できるんだから、（以下略）」などと発言する人の正体は、もしかしたら、そのIT技術者を低賃金でこき使える会社の管理職の立場の人かもしれません。あるいは、IT専門学校とかの入学者を増やそうとしてる学校関係者かもしれません。さて、こういった「まちがったウソのノウハウ」の投稿文の中に、例えば「政治家が悪いんだ！今の政治は間違ってる！！庶民はマジメで立派なのに！！」とかのような、読者（「庶民」）以外の他人に責任転嫁して（例えば「政治家、官僚」「財閥、銀行」など）、かわりに読者をほめたたえる内容の投稿文を付け加えておけば、たいていの読者は、庶民である自分がほめられてるので、悪い気持ちはせず、なのでネット上の知人どうしの会話でも引用したりするので、ネット上でそういうダマシの投稿が流布していく・・・、というわけです。「低水準な内容の投稿ほど気軽に発言できるので投稿が増えやすい」ので、そういった気軽に発言できそうな水準の話題に、ダマシを入れれば、簡単にダマシ情報を拡散できてしまう・・・というわけです。そして、たとい読者が周りの人と相談したところで、その周りの人物ごと、（庶民にお世辞を言ってて、耳ごこちのいい）ダマシ情報にダマサレてたりするので、その集団ごと丸めてダマせる・・・というわけです。（そもそも「デマ」とは、こういう風に、周囲の人物ごと、間違ってるのである。）だから、単に「掲示板さえ見なければいいんだ！かわりにブログとツイッターとウィキペディアを見よう！」などと考えるのではなく、そもそもネットやテレビなどのメディアの情報を、けっして鵜呑み（うのみ）にしない事が大切です。ツイッターまとめサイトまとめサイトには、「5ちゃんねる」まとめサイトのほかにも、ツイッターまとめサイトがあります。特に、togetter （トゥゲッター）というツイッターまとめサイトは、ツイッター登録して、ツイッターアカウントでログインしないと、togetter にはコメントを書き込みできません。 - ※ 日本文教出版の資料集『情報最新トピック集 2023 高校版』が togetter を紹介しています。このように、匿名性による悪用を未然防止したまとめサイトも存在します。コンピュータの歴史戦争とコンピュータと規格 20世紀の電子計算機としてのコンピュータはもともと、戦争のための道具である。第二次大戦中の弾道計算のための道具であり、真空管を用いて、デジタル処理を行っていた。インターネットの開発には、さまざまな業界の協力があるが、大きな貢献をしたのが、アメリカ軍である。もともと冷戦中に、アメリカ軍が、もしもソ連軍の攻撃をくらっても通信網が途絶えないようにしようとして、インターネットのようなコンピュータ回線通信網を研究開発していったという側面もある。インターネットにかぎらず、第二次大戦後の初期のコンピュータの技術開発には、アメリカ軍の研究開発機関が、研究開発をした。いまでこそパソコンの値段は安いが、昔は、コンピュータは数百万〜数千万円もするような、高額な機械であった。先進工業国の国家機関などの協力がないと、コンピュータの開発が困難な時代があった。昔のコンピュータ関係の規格で『MIL規格』（ミルきかく）というのがあるが、これはアメリカの軍隊（military）に由来する規格（Military Standard）という意味である。この他のコンピュータ関係の規格で『ANSI規格』（アンジ規格）というのもあるが、このANJIの頭文字「A」もアメリカ合衆国の頭文字Aの事である。（『ANSI』とは、American National Standards Institute （アメリカ国家規格協会）の略である。）軍事では、もし敵兵の攻撃をくらっても、必要な機材をすぐに修理できるように、補修部品や予備品を大量に備蓄しておく必要がある。このため、武器の製造においては、規格を統一しておく必要がある。例えば、たとえば、もし銃弾があっても、もし銃器（ライフルやマシンガン）の規格と適合せずに、そもそも銃弾を銃器に入れることができなければ、その銃弾は武器としての価値がなくなる。そして、銃弾は規格どおりにつくっておく必要がある。銃弾にかぎらず、他の武器・兵器も同様である。アメリカ軍の研究開発機関はすでに、コンピュータの発明されるずっと前の時代から、武器・兵器の規格の統一作業を行っていた。そして、規格統一が必要なのは、コンピュータや通信網も同様である。もし自軍の基地や通信拠点が、敵兵の攻撃をくらって、通信網などが破壊されても、すぐに、かわりの通信網を用意する必要がある。そのために、事前に通信方法や通信装置などに関する規格を、つくっておかなければならない。また、武器がこわれても、なるべく少ない機材で、修理できるように設計する必要がある。たとえば、現代の社会なら、パソコンのマウスがこわれても、マウスだけを新品に交換すれば、済むようになっている。パソコンのマウスがこわれた際に、いちいちパソコンごと買い換えたりはしないだろう。それと同様に、武器がこわれても、そのこわれた箇所の周辺だけを新品や補修用部品と交換すれば、修理できるように、設計する必要がある。このため、武器・兵器の規格の統一は、部品単位で行う必要がある。 ※ 備考: 古い投稿の検索不能ネット上の投稿は、一般に消せません。なので、過去の問題のある投稿が、消されずに残ってしまう場合も、たびたび、あります。その一方、掲示板やツイッターなどの、過去の有用で貴重な投稿でも、古すぎる投稿は、経済的理由などによってグーグルなどのネット検索では見つからない場合があります。ツイッター自身のサイト内検索サービスでも、古いツイッター投稿が発見できない場合も多くあります。どういうことかというと、まず、たとえば電子掲示板やツイッターなどは人気のため、毎日、多くの投稿がされ、また、掲示板をまとめた「まとめブログ」も、毎日、多くのスレッドが立てられます。このため、グーグルやマイクロソフト（検索エンジンも提供している）などのロボット型検索エンジンでは、これら多くの投稿のある投稿サービスについては、クローラが古すぎる投稿までリンクをたどらない（たどれない）ようなので、検索結果に表示されないようです。古い投稿までリンクをたどると、データベースを更新するのに時間がかかりすぎたり、データ量が多くなりすぎたりするからでしょう。また、掲示板などの古い投稿を除外しないと、掲示板・ツイッター以外の、一般の個人ブログなどの投稿が、検索で見つけづらくなってしまうでしょう。古いウィブサイトについては、アドレス入力欄でアドレスを直接指定しないと、古いページが見つからないことも、多くあります。古い投稿もネットでは公開されているようですが、しかし、それをグーグル検索などのウェブ検索で発見するのは至難のワザです。また、検索エンジン側ではなく、掲示板サイトなど投稿サイト側のほうで、古い投稿を直接的には表示せずに、人間がアクセスしたときだけ投稿を表示する設定にしているような場合もあります。例えば、ウィキペディアなどでも、古い版の投稿は、一般に、検索には掛かりません。同じように、掲示板サイトで、古い投稿が検索に掛からないようにしている場合もありえます。ツイッターでも、古すぎる投稿については、一般のネット検索では見つからず、どうやら古すぎる投稿については公開はしてないようであり、投稿者本人の管理のために投稿者本人しか古すぎる投稿についてはアクセスできないようにしているようです。どちらにせよ、これらの掲示板やツイッターなどのサイトでは、古い投稿は、検索に掛かりづらくなる可能性が増えます。このため、もし、ある意見をずっと主張しつづけたいなら、掲示板やツイッターではなく、ブログで行いましょう。
null	null	高等学校情報A 高等学校情報A アナログとデジタルアナログとは、連続的な値を持つ信号のことです。例えば、アナログ時計の針は滑らかに動き、音楽は波形の形状によって音色が変わります。一方、デジタルは、離散的な値を持つ信号のことです。デジタルデータは0と1の2進数で表現されます。例えば、デジタル時計は数値で表示され、音楽はサンプリングによって一定間隔で音声信号を取り込み、数値化されます。符号化は、情報をデジタルデータに変換することを指します。符号化することで、情報をデジタル信号として扱いやすくし、データの転送や保存に適した形式に変換します。代表的な符号化方式には、音声や動画を圧縮するMP3やMP4があります。情報を活用するための工夫と情報機器問題解決の工夫問題解決において情報源は極めて重要です。情報源を効果的に活用することは、問題を解決するために必要な情報を正確に収集し、適切に分析することにつながります。ここでは、インターネット以前のメディア（書籍、雑誌、新聞、ラジオ、テレビ）とインターネットを比較しながら、問題解決における情報源の役割について考察していきます。まずは、インターネット以前のメディアから見ていきましょう。書籍や雑誌、新聞は、その情報の信頼性や正確性が高く、事実に基づいた報道が行われていました。また、ラジオやテレビなどの放送メディアは、視聴者やリスナーに情報を提供するための重要な手段でした。これらのメディアは、情報収集に時間がかかるというデメリットがありましたが、その代わりに、信頼性の高い情報が提供されていたと言えます。一方、インターネットが普及した現代では、多くの情報が利用可能となりました。しかし、これにはいくつかの問題があります。まず、情報の信頼性や正確性が低く、誤った情報が拡散される「情報氾濫」が起きています。また、情報源が多すぎるために、必要な情報を見つけることが難しくなっている「情報過多」も問題となっています。さらに、インターネットの普及が進むにつれて、「デジタル・ディバイド」と呼ばれる現象も生じています。情報にアクセスできない人々や地域が存在することで、情報格差が広がっています。しかし、一方で、インターネットは多くのメリットも持ち合わせています。例えば、情報の収集や検索が容易になり、必要な情報を迅速に入手することができます。また、インターネットを利用した情報発信やコミュニケーションによって、多様な意見や知識が共有されることで、新たな問題解決のアイデアやアプローチが生まれることもあります。また、近年ではAI（人工知能）の発展によって、より正確な情報の収集や分析が可能になってきています。AIによる情報収集や分析は、人間の手作業では不可能な量の情報を処理することができるため、効率的な情報収集が可能となりました。しかし、AIによる情報収集や分析には、情報の偏りやバイアスが生じる可能性もあります。そのため、人間がAIが提供する情報を適切に検証し、判断することが重要です。また、モバイルファーストという言葉があります。これは、モバイル端末を優先する設計思想のことで、スマートフォンやタブレットなどの携帯端末が普及するにつれ、情報の閲覧や検索が主にモバイル端末で行われるようになってきたことを反映しています。モバイルファーストによって、情報をいつでもどこでも手軽に収集することが可能になりましたが、画面の小ささやタッチ操作などの制限もあるため、情報の見落としや誤解を招く可能性もあることに注意が必要です。以上のように、情報源は問題解決において極めて重要である一方、その収集や分析には注意が必要です。インターネット以前のメディアとインターネットを比較しながら、情報氾濫や情報過多、デジタル・ディバイド、AI、モバイルファーストなど、現代の情報社会における問題点や課題を把握し、適切な情報の収集と活用が求められます。情報伝達の工夫ここでは、情報を正確かつ効果的に伝えるために必要な技術について学ぶことを目的としています。本章では、情報を伝える上で重要なポイントや、情報を的確に伝達するための方法、コンピュータや情報通信ネットワークなどのツールの適切な活用について解説します。まず、情報伝達において重要なのは、伝えたい内容を明確かつ簡潔に伝えることです。そのためには、伝達対象者の背景や知識レベル、興味関心などを考慮し、的確な表現や用語を選ぶ必要があります。また、伝達手段や媒体に合わせて適切な言葉選びや表現方法を工夫することも重要です。次に、情報を的確に伝達するための方法として、以下のような工夫が挙げられます。・分かりやすい図表やグラフを用いる情報を視覚化することで、伝えたい内容をより分かりやすく伝えることができます。例えば、統計データをグラフにすることで、膨大な数字を視覚的に表現することができます。・具体例や比喩を用いる抽象的な概念や理論的な説明をする場合には、具体的な例を挙げることで、理解しやすくすることができます。また、比喩やアナロジーを用いることで、複雑な概念をシンプルに表現することができます。・重要なポイントを強調する伝えたい内容の中で、特に重要な部分を強調することで、対象者に印象づけることができます。例えば、太字や色分けなどを使って強調することができます。・質問形式を用いる伝えたい内容を質問形式で提示することで、対象者が自ら考えることを促すことができます。例えば、「あなたが考える、この問題に対する解決策は何ですか？」といった質問を投げかけることができます。また、情報伝達においては、コンピュータや情報通信ネットワークなどのツールを適切に活用することも重要です。例えば、以下のようなツールを使うことができます。・Eメールやチャットなどのインターネットツール遠隔地にいる相手とのコミュニケーションには、Eメールやチャットなどのインターネットツールが有効です。これらのツールを使うことで、コミュニケーションの時間や場所を限定することなく、効率的に情報を伝えることができます。・プレゼンテーションソフトプレゼンテーションソフトを使うことで、伝えたい内容を視覚的に表現し、分かりやすく伝えることができます。また、プレゼンテーションソフトを使うことで、スピーチや発表の効果を高めることができます。・ビデオ会議システムリモートワークやリモート会議には、ビデオ会議システムが有効です。ビデオ会議システムを使うことで、遠隔地にいる相手と顔を合わせたようなコミュニケーションができます。音声だけでなく、顔の表情や身振りなども伝わるため、よりリアルなコミュニケーションが可能です。また、ビデオ会議システムを使うことで、場所や時間に制約を受けずにコミュニケーションを行うことができます。・クラウドストレージサービス複数の人で情報を共有する場合には、クラウドストレージサービスが有効です。クラウドストレージサービスを使うことで、複数人が同じデータにアクセスすることができます。また、クラウドストレージサービスを使うことで、ファイルの共有やバージョン管理なども簡単に行うことができます。・SNSやブログ SNSやブログを使うことで、情報発信や情報共有を行うことができます。特に、リモートワークでは、社内SNSやブログを活用することで、社員同士のコミュニケーションや情報共有を促すことができます。以上のように、コンピュータや情報通信ネットワークなどのツールを適切に活用することで、情報伝達の効率化やコミュニケーションの円滑化を図ることができます。しかし、ツールの適切な活用だけではなく、伝達者自身のコミュニケーション能力も重要です。伝えたいことを相手に正確に伝えるためには、相手の状況や立場に合わせた適切なコミュニケーションを行う必要があります。また、相手からのフィードバックを正しく受け止め、適切に対応することも大切です。最後に、情報伝達においては、相手に伝わったかどうかを確認することも重要です。伝えたいことが相手に正確に伝わったかどうかを確認することで、誤解を防ぐことが重要になります。プレゼンテーションソフトとは「プレゼンテーションソフト」とは、スライドやグラフィック、動画、音声などを使って情報を提示するためのソフトウェアです。プレゼンテーションソフトを使用することで、情報を的確に伝達するための工夫を行うことができます。以下に、プレゼンテーションソフトの使用についての注意点や工夫について解説します。 - スライドの作成プレゼンテーションソフトを使用する際には、まずスライドの作成が必要です。スライドの作成にあたっては、以下の点に注意することが大切です。 - 伝えたい情報を明確にする - 見やすさを意識する - レイアウトや色の使い方に工夫を加える - グラフィックの活用プレゼンテーションソフトでは、グラフィックを活用することで情報を視覚的にわかりやすく伝えることができます。グラフィックを使用する際には、以下の点に注意することが大切です。 - グラフの種類を選ぶ - 軸や目盛りを正確に設定する - 見やすいフォントや色を使用する - 動画や音声の活用プレゼンテーションソフトでは、動画や音声を活用することで情報をわかりやすく伝えることができます。動画や音声を使用する際には、以下の点に注意することが大切です。 - 動画や音声の長さを適切に調整する - 再生する場所やタイミングに注意する - 音声のクオリティに注意する - デザインの工夫プレゼンテーションソフトのデザインについては、以下の点に注意することが大切です。 - テーマを統一する - フォントや色を統一する - 背景色や画像の使用に注意する以上のように、プレゼンテーションソフトの使用にあたっては、伝えたい情報に適したスライドの作成やグラフィックの活用、動画や音声の活用、デザインの工夫など、様々な工夫が必要です。これらの工夫を行うことで、情報を的確に伝達することができます情報の収集・発信と情報機器の活用情報の検索と収集ここからは、インターネットに代表される情報通信ネットワークでの、情報収集について具体的に述べる。コンピュータを用いた情報通信ネットワークは、コンピューター同士を様々な機具を用いて接続し、お互いが持っている情報を通信しあう事で、成り立っている。しかし、単純に情報を受け渡すだけでは、不都合な事態が生じる。例えば、銀行の暗証番号や性別、収入、家族構成などを含む、個人のプライバシーに関わる情報は、例え、ネットワークに接続されているあるコンピューター上にあったとしても、他のコンピュータに伝達されないことが望ましい。このため、情報通信ネットワークに加わるコンピュータは、特に機械が持っている情報を他に渡さないようにすることも出来ることが求められるのである。また、掲示板やコミュニティーサイトなどで用いられるパスワードは、多くの場合には他人に知られてはいけない文字列を用いるが、しかし、そのパスワードを用いて、パスワードを入力した人が対応する人であることを調べる人は、もちろん、そのパスワードが何であるかを知っていなくてはならない。そのため、パスワードの管理者は、通常はパスワードが外部にもれないよう注意しながら、必要なときには自由にパスワードを取りだせるように工夫する必要がある。次に、ネットワーク内の情報が非常に多くなり得る事によって引き起こされる問題について述べる。情報通信ネットワークに参加できるコンピューターの数は、非常に多くなり得る。仮に接続されているコンピューターが増えても、自分に必要な情報がどこにあるか分かっているときには問題にはならない。例えば、自分の友人が持っている情報が必要で、それを手に入れたいときには、単に自分の友人のコンピューターと通信を行なえばよいのである。しかし、自分に取って必要な情報がどこにあるかが分からないときには、それを探しだす事が非常に困難になる。既存のメディアと比較するために例をあげて考えてみる。例えばある自然現象について、それに関する情報を書籍を用いて調べたいとするとき、それらを見つけることはそれほど困難ではない。というのは、通常図書館などの施設では、本の内容ごとに本の置き場所が決まっており、ただ情報の種類を指定するだけで、必要な書籍のおおまかな位置が分かるからである。一方、情報通信を用いたときには、多くの場合に情報は人間が内容を把握するのには適切でない方法で蓄積されるため、それらのおおまかな内容を把握するのがそれほど簡単ではないことがある。このため、ネットワーク上の情報の内容を把握し、ある情報がどの位置にあるかを調べる方法が必要となった。これの対策として、いくつかの方法が実際に用いられている。ここではそれらの工夫の題材として、WWW（ワールドワイドウェブ）と呼ばれる通信の種類を用いるが、それらの詳しい動作原理は高等学校情報Cの範囲である。現在のインターネットの重要な用途の1つとして、webページの閲覧があげられる。ここでいうwebページとはいくつかの要素が組み合わさったものであり、その内容は割合複雑だが、プロトコルはhttpを用いて、情報の受け渡しを行ない、受け取った情報を解釈するのは、クライアント側のブラウザの仕事である。大雑把には、 - あるコンピューターを指定し、そのコンピューターに連絡を行なう。 - 連絡を受けたコンピューターはその連絡内容に記述された場所にある情報を送り返す。という手続きをくり返すことで、2つのコンピューター間の、情報の伝達を行なう。ただし、このような手続きで送り返された情報には、多くの場合、それに関連する情報の場所が記されており、情報を探している側は、それを用いて、更に検索を続けることができる。ここで、webページは送られた情報自体の事を指す。これらの手続きそのものは、w:www、ワールドワイドウェブと呼ばれることを注意しておく。 - 伝達された情報の例さて、wwwで受け渡される情報の中には、人間が読んで理解できるものも多い。更に、その中に人間が探している情報があるかどうかは、その中に含まれる単語を調べることで、多くの場合知ることが出来る。例えば、先ほどの自然現象の例では、その現象の名前が書かれている情報を得ることで、その現象に関する情報が得られる可能性が高いことが予想される。そのため、あるwebページ上に含まれている文字列をあらかじめ調べておくことで、ある人が欲しい情報がどこにあるかを知ることが出来る。このような技術をw:検索と呼び、特にwwwの情報に関する場合には、'web検索'と呼ばれることがある。このような技術は、いくつかの会社がwwwの中で提供している。有名なものとしてw:google、w:yahoo、w:msnなどがある。 - http://www.google.co.jp - yahoo - http://www.yahoo.co.jp - msn - http://www.msn.co.jp などがあり、無料で用いることが出来る。各々の会社の検索手法は会社ごとに異なっており、いくつかの検索を試してみることで、より良い結果が得られる事がある。情報の発信と共有に適した情報の表し方 wwwでは、文書の構成を伝えるものとしてHTMLと呼ばれる手法を用いている。HTMLとは、文章に適切な修飾をつけ、それらの修飾そのものに、文章の構成を伝えるための情報を持たせるという手法である。具体的には、文章の要素を'タグ'と呼ばれる要素ではさみ、その中の内容について特殊な処理をほどこすことを目的としている。もちろん、このような手法は、情報の送り手と受け手が共通のものを用いていないと、送り手が意図したような配置にはならないことが予想されるが、HTMLは、現在では世界中で用いられているので、多くの場合両側で意図したとおりの配置がなされる。ここでは実際に簡単なHTMLを書いてみる。非常に簡単なHTMLは、 <html> <title> テスト </title> <body> ただいまマイクのテスト中。 </body> </html> などのようになる。ここで、<html>のように、'<'、'>'で囲まれた部分をタグと呼ぶ。タグにはそれぞれ定められた配置があり、配置によって、それぞれの意味を発揮するのである。具体的に何がなされているかは、計算機科学などの範囲であるので、ここでは詳しくは述べない。上の例で、それぞれのタグは、 <html> </html> 中に書きこまれた内容がHTMLの要素であることを宣言するタグであり、文書がHTMLである時には通常このタグで全体を囲むことが求められる。 <title> </title> 文章のタイトルを定めるタグであり、多くの場合ページ内の文章の内容を、まとめるようなものが付けられる。タイトルの表示方法は、各々のコンピューターによっているが、この中味がタイトルであることは共通である。 <body> </body> 実際の文章を書く部分を指定するタグである。書かれた文章は、このタグで囲む必要がある。 HTMLは多くの内容を含んだ規格であり、それに対するコンピューター側の対応も様々であるので、この時点でHTMLについて非常に詳しく学習することは求められない。しかし、更に詳しく知りたいときは、HTMLなどを参照するとよい。情報の収集・発信における問題点コンピューターの情報通信ネットワークを用いた情報収集は、既存のメディアと比べて優れている点がいくつかある。ネットワークを用いた情報伝達は、速報性という点ではテレビに近く、外国や遠方で起こったニュースについても即座に知ることが出来る可能性がある。この点で、ネットワークは新聞と比べて、情報の早さの面で上まわっているといえる。また、情報通信では多くの情報を文字の形で伝達することができるので、既存の本というメディアと比べても記録できる情報量において遜色があるわけではない。この点でも情報通信ネットワークは優れている。また、前章で述べた検索を用いると非常に高速に対応する情報を得ることが出来る。これは、既存のメディアにはない優れた点である。加えて、情報通信ネットワークは、適切に用いることでそれぞれのコンピューターにある情報を他のコンピューターから取り寄せることが出来る。既存のメディアと異なって、これらの手段による情報公開は放送機具や、印刷機具などの設備が必要でない。そのため、企業などの大きな規模の金額を動かすものでなくとも、非常に広い範囲への情報伝達が可能になった。例えば、wwwのサービスでは、個人が作ったホームページを公開することは普通に行なわれている。ただし、コンピューター内に置かれた情報は通常の状態では他のコンピューターから閲覧できないようになっているため、ホームページを公開するには、別の手段を用いなくてはならない。その手段は高等学校情報Cの範囲である。また、電子メールを用いたメーリングリストも、個人で出来る情報発信の例である。更に、近年ではw:ブログ、w:SNSなどの新たな手法を用いた情報発信がよく行なわれるようになって来た。多くの良い点がある一方、情報通信ネットワークには欠点も存在する。主要な欠点として、 - 機具をそろえないと利用できない上、機具の設定や操作が難しい。 - 必要な手段を取らないと情報が消失することがある。 - 情報の信憑性に問題がある場合がある。 - 情報の公開が簡単になった分、w:プライバシーやw:著作権の問題が発生しやすくなっている。などがある。情報通信ネットワークを用いるには、デジタル化した情報を扱うことができる機具が必要である。これらの機具は、新聞や書籍などと比べて高価であり、情報ネットワークを用いるための障壁となっている。また、特にソフトウェアに関しては、最新版のものを用いないと情報漏洩などの危険が出る可能性があるため、廉価版などを用意することも難しい。このことによって、情報通信に必要な機具をそろえることは、やや困難になっている。また、情報通信に必要な機具を手に入れたとしても、一般にこれらの機具は操作に必要な手順が多く、また、それらの手順が直観的でない場合もあるため、操作の修得に時間がかかる場合が多い。そのため、コンピューターを使うことが必要と感じるなら、早めに操作手順に慣れておくことが望ましい。また、情報機器は、多くの場合磁気的もしくは光学的に情報を記録するのだが、これらの機具は一般に衝撃に弱く、高いところから落下させたりすると機具が破損し、中に貯えられていた情報が消失することがある。また、これらの機具は水にも弱く、飲み物などをこぼしてしまうとそれによって機具がこわれることもある。このように、情報機具に貯えられた情報は、紙などの既存のメディアと比べるとややこわれ易い。ただし、情報機器の記録は、メディアの性質上簡単に内容を複製することが出来る。そのため、重要な情報は、こまめに複製し、保存用の機器に記録しておくことが、情報を守る上で重要になる。情報の破損にそなえて情報を複製しておくことを、情報のw:バックアップと呼ぶ。更に、情報の伝達が容易になり、個人のレベルで発信される情報が容易に手に入るようになり、情報の信憑性に関する問題が注目されるようになって来た。以前は新聞やテレビなどのメディアが中心となって情報発信がなされており、それらの情報は記事を作成する期間で誤った情報が取り除かれるため、これらの記事は非常に信憑性が高かった。一方、個人によって書かれた内容はそのような手順をふんでいないため、一般に既存の伝達手段によるものよりも内容の信憑性が低い傾向がある。そのため、情報をうのみにせず、必要な場合にはそれを見た人自身が、それらが真実かどうかを確かめる必要がある。最後に、上の内容とも関連するが、個人的な情報などを過失でも故意にでも公開されることがあり、それらが相手のプライバシーを侵害する危険性がある。また、w:掲示板やw:ブログのコメント欄などの簡単に情報発信が出来る手段がある場合にも、そのことは問題になる。加えて、簡単に複製できるというメディアの性質上、著作権がある著作物がwww上に公開されてしまった場合、それらは非常に多くの人の手に渡ってしまう可能性があることとなり、重大な著作権の侵害となる。これらの行為は、'公開を行なった方'にとっても、'それを用いた方'にとっても違法行為であり、違反者は通常の刑事裁判によって裁かれることになる。このように、ネットワークを通じて情報を公開するときには、個人のプライバシーや著作権について十分な配慮を行なうことが求められる。情報の統合的な処理とコンピュータの活用ここでは、コンピュータを用いて、情報を処理する方法を学ぶ。コンピュータは様々な情報を扱うことが出来、それらを統合的な表現にすることが出来ることに注意する必要がある。コンピュータによる情報の統合コンピューターは情報をデジタル化して扱う。デジタルデータは、加工や複製が容易であり、様々な情報を組み合わせて扱うのに適している。実際、現在のコンピューターは、映像、動画、音楽などの様々な情報を扱うことが出来、それらを組み合わせて用いることがなされている。しかし、これらの情報を扱うことはそれほど簡単ではなく、ハードウェアとソフトウェアの両面で多くの努力がなされて来た。ここで、ハードウェアとは、実際に触れることが出来るコンピューターのパーツなどのことであり、キーボード、マウス、ディスプレイなどがその例である。これに加えて、場合によってはコンピューターの箱に入っていて見えないことがあるが、[CPU、ビデオカード、サウンドボード、ハードディスクなどによって、コンピューターは構成されており、これらも総称してハードウェアと呼ばれる。一方、ソフトウェアはハードウェアを動かすための命令群のことであり、通常様々なw:記憶装置に記録されており、必要に応じて読みだす形式を取っている。ここでいう記憶装置とは、ハードウェアのうちで特に情報の記録を目的として用いられる装置の総称であり、ハードディスク、CD、DVDなどがある。ソフトウェアは、ハードウェアと違い、一度作成すれば簡単に複製できるため、ハードウェアよりも扱いが簡単であるといわれる。しかし、実際には高度なソフトウェアは、1つの間違いが重大な結果を引き起こすことも多く、ソフトウェアもハードウェアと同様、設計や作成に細心の注意をはらう必要がある。情報の統合的な処理ここでは実際にコンピュータを用いて複数の情報を扱う実習を行なってみる。用いるソフトウェアは、文書処理，表計算，図形・画像処理などを扱うソフトウェアである。実習の課題としては、'少なくとも1つの表計算ソフトによって作られた表と、1つ以上の画像を含んだ文書を作成せよ。文書のテーマは自由とする。ただし、作成された表の中では、少なくとも3つ以上の数値データを含んだセルと、少なくとも1つの関数を含んだセルを用いるものとする。作られた表は'埋め込み'形式で、文書内に書きこむものとする。また、用いる画像の保存形式は指定しない。'を用いる。ここで、'埋め込み'とは、用いたデータを後に編集したとき、その変更が文書内の表に反映されないことを表わす。一方、変更が反映されることを'リンク'と呼ぶ。実際に用いるソフトは学習者の環境によって変わってくる。ここではLibreOfficeを扱う。LibreOfficeを起動する方法は環境によるので、ここでは述べない。ここからはLibreOfficeが起動できたものとして、話を進める。設定にもよるが、起動した画面では - ファイル編集挿入 ... などのボタンがある。これらはプルダウンメニューと呼ばれることがある。ここでは、文書処理が行ないたいので、ファイル - 新規作成 - 文書を選択する。これによって、新規の文書が選択される。文書中をクリックすると、文書内にカーソルが表示されるので、これを用いて日本語入力を行なう。表計算ソフトを用いて表を挿入したいときには、プルダウンメニューから、 - 挿入 - OLEオブジェクト - 新規作成 - LibreOffice 表計算を選択する。これによって、表計算ソフトが起動する。表計算ソフトは、縦と横の座標で指定されるマスの中に、数値などを書きこみ、それらを用いて様々な計算を行ない、データを加工などを行なうソフトウェアである。それらのマスは'セル'と呼ばれる。通常、これらのソフトは文書処理とは別のソフトウェアであり、これらの表を、文書処理ソフト中で扱えるかは与えられた環境による。ここでは、そのような手法が可能であるとして、話を進める。表計算ソフトで作成した表を、文書処理ソフトで作成した文書とは別のデータとして保存し、その内容を文書中から呼び出すことも可能である。そちらの方法でも同じ結果が得られるので、余裕があればそれも試してみてもよいだろう。表計算ソフトでは、カーソルはそれぞれのセルを扱うように用いられる。それぞれのセルに日本語や数値を書きこむことが出来るので、自由に書きこむとよい。ただし、数値だけが書かれたセルは3つ以上なくてはならない。表計算ソフト中では、それぞれのセルの内容を用いて、別のデータを作成することができる。これは、自由に選んだセルの中に特別な意味を持った命令を書きこむことで、なされる。このような命令を、'関数'と呼ぶことがある。この名称は、数学的な関数とは異なった意味を持つことがあるので、注意が必要である。例えば、現在の時刻を得る関数が存在するが、これは、数学的な意味の関数ということは出来ない。簡単な関数の例として、ここでは - sum() などを用いる。sum()は、対応するセル中に書かれた数字の合計を求める関数である。対応するセル中には半角で書かれた数字を書かなくてはいけない。うまく指定が出来れば、与えられたセル中の数字の、合計が得られるはずである。一応、それらの数値が正しいかどうかを確認しておくとよい。これらのデータを保存すれば、表計算の埋め込みは完了である。次に、同じ要領で、 - LibreOffice draw 図形を元々の文書内に埋めこむ。図形処理ソフトの使い方は通常直観的なので、それほど苦労することはないだろう。図形が完成して保存が終われば、課題は完了である。時間があれば、更に進んだ機能に挑戦してみてもよいだろう。ただし、マクロ、LibreOffice_Basicは、高等学校情報Bの範囲なので、ここでは扱わない。情報機器の発達と生活の変化情報機器の発達とその仕組みここでいう情報機器とは、情報を伝えるために用いられるあらゆる装置のことを表わしている。古くは、郵便、電話などが遠方の情報を伝えるために用いられていた。このうちで、特に電話は、アナログの情報伝達を行なっている。w:電話は、音の波形を電気的な波形に変換してそれを伝達し、受け手側の装置で再びそれを音として扱うことで情報を届けている。ここで、電気的な波形は相手側で現われた情報の全てを持っていることが重要である。一方、現在実際に用いられている情報通信ネットワークでは、情報は基本的にデジタルデータとして表わされる。デジタルデータは情報を全て数値として扱う。例えば、表計算ソフトで扱ったような数値は、数値のデータの例である。一方、音声や映像などのより複雑な情報も、数値として扱うことが出来る。ただし、実際に生じる音声や映像を、数値化する過程で、情報を多少なりとも変質させることが避けられない。これは、これらのデータを数値として扱えるような処理をするために必然的に生じる欠点である。一方、デジタルデータにはアナログデータにない良い点もある。デジタルデータは、基本的に数値で表わされる情報なので、情報の劣化をおこすことがない。一方、例えば、レコードやビデオテープなどのアナログの記録装置では、何度も再生をくり返しているうちに、データが消えたり、質が落ちたりすることが避けられない。加えて、デジタルデータはこれらの複製を作ることが非常に簡単である。一方、上であげたようなアナログの記録機器は、これらの複製をするときにも、これらの情報を移しかえる過程で、多少なりとも、質が劣化することが避けられないのである。このようにデジタルデータには、既存のデータ保存の方式と比べて良い点がいくつかあるため、この方式の利用はこれからも増えていくものと考えられる。情報化の進展が生活に及ぼす影響情報通信ネットワークの発達は、我々がこれまでに無いほどの量の情報を手に入れることを可能にした。結果として、我々の生活の多くは、変革を迫られることになった。例えば、現在では我々のうちのいくらかの割合ががw:携帯電話を持っており、どのような時にでも連絡が取れるようになっている。また、コンピュータを用いて情報通信を行ない、様々なサービスが受けられるようになった。特にインターネットサービスの発展は、これまでに無かったサービスを可能にした。例えば、インターネットバンキング、オンラインショッピング、オンライン予約などがその例である。加えて、職場では、ITを用いて業務を効率的に行なうことが、経営を行なう上で非常に重要になっている。例えば、遠方との連絡を電子メールなどで行なったり、オフィス文書を統合ソフトウェアを用いて効率的に作成することなどが例としてあげられる。更に、w:サーバを用いて、作成した文書などを何人かで共有し素早く閲覧、変更などを行なうことも行なわれている。'サーバ'について詳しくは、高等学校情報Cを参照。一方、これらは我々の生活を便利にすると同時に、様々な問題を引き起こすようになった。例えば、インターネットを用いて、子供でも簡単に不適切な情報を手に入れられることが問題としてあげられる。また、それぞれのコンピューターに対してw:コンピュータウイルスなどを送り込み、それらの中にある情報を奪い取ろうとする新しい犯罪が生じるようになってきた。情報技術は様々な問題を生み出しながら、現在でも発展を続けている。このような情報技術を適切に用いるには、それに関する学習を怠らず、新しい技術とそれに関する知見に接し続けることが重要となるだろう。 - 課題情報社会がもたらす問題と、それに対する対応策についてまとめ、それを用いて討議を行なう。情報社会への参加と情報技術の活用情報技術は、現在広範な個所で用いられており、我々の生活の重要な一部を占めているといえる。しかし、情報技術は同時に多くの問題をかかえたものでもあり、これらを適切に活用することが情報技術を役立てるにあたって、非常に重要である。また、情報技術は現在でも発展を続けており、以前常識と思われていたことがそうでなくなるまでの時間が、非常に短い時期が続いている。そのため、将来に渡って、情報技術に興味を持ち、これについての学習を続けることが重要である。付録コンピュータの基本的な操作法コンピュータを起動するときには、まず電源をいれる。電源はコンピュータの正面についていることが多い。環境によってはパスワードの入力を求められることがある。ここでは自分のユーザー名とパスワードを入力する。通常、これらはシステムの管理者から支給されるはずである。無事に認証が済むと、再びグラフィカルな画面が表示される。この時、マウスを動かすとカーソルが動くはずである。この画面から、マウスを用いた操作で様々なソフトウェアを起動することができる。ここでは、オフィスソフトしか用いないが、そのソフトの起動の仕方は環境による。続いて、日本語入力について述べる。日本語入力は専用のソフトウェアを用いてなされるが、そのソフトの起動の仕方も、環境によってまちまちである。ここでは日本語入力が可能になったものとする。日本語の入力方式としてはw:ローマ字入力とかな入力が代表的である。ローマ字入力はローマ字のつづりの通りにキーを打つことで、日本語を入力する方式である。一方、かな入力とは、キーボードに書いてある日本語の文字に対応するキーを打つことで、日本語を入力する方式である。どちらの方式を用いてもよいが、英文を打つときのことを考えると、ローマ字入力で慣れておいた方がよいかもしれない。
null	null	高等学校情報B 情報B 問題解決とコンピュータの活用高等学校情報Aでは基本的なコンピューターの使い方を学んだ。情報Bでは、より複雑なコンピューターの使用法を学ぶ。コンピュータは与えられた命令を順番に実行することで動いている。この際、その命令の内容はコンピュータによっては吟味されず、仮にその内容が危険なものであっても、コンピュータはそれを実行する。そのため、コンピュータに命令を与える時には、実行したい命令を正しい順番で与えることが重要である。コンピュータによる情報処理の特徴コンピュータでは様々な仕事をすることが出来る。しかし、全ての仕事がコンピュータに取って向いているわけではなく、中には、コンピュータに向いていない仕事もある。コンピュータは本来計算を素早く行なうために作られたことから、非常に早く数値的な計算を行なうことが出来る。また、ネットワークを通じて情報を伝達することが出来るため、遠距離とのデータ通信を行なうことにも適している。一方、コンピュータは"考える"ことができないため、新しい事柄を考え出すことは出来ない。また、コンピュータは映像や音楽を扱うことが出来るが、人間のように、映像や音楽に関するおおまかな雰囲気を伝えることは不得手である。しかし、技術の発展によって、よりあいまいな情報を扱うこともなされるようになって来ており、これらの分野はこれからの発展が待たれるところである。コンピュータの仕組みと働きコンピュータにおける情報の表し方ここまでで何度かコンピュータが多様な情報を扱うことが出来ることを述べて来た。同時に、コンピュータは0と1で表わされる情報しか扱うことが出来ないことも述べて来た。このため、文字や数値などの情報を、コンピュータを用いて扱う方法が存在することは非常に不思議に思える。ここでは、コンピュータを用いて文字や数値や映像などの情報を扱う方法についてまとめる。まず、数値について考える。コンピュータは0と1しか扱うことができない。しかし、0と1だけを用いてもそれらを複数並べることで、より大きな数を表わすことが出来る。実際に、0と1以外の数値を用いるためには、2つ以上の数値を用いることが必要となる。このような数値の数え方を、数学的には2進数と呼ぶ。2進数についての詳しい説明は高等学校情報Cの範囲である。2進数を用いるときには、10進数を用いるときと同様に、1の位が2進数の最大の数である1となった時に、更に1を加えるときには、桁上りが起こる。例えば、0の次は1であるが、1の次は、1の位が1であるため桁上りが起こり、次の数は10である。これはジュウではなく、イチゼロと読む。ここで、次の数は11であり、更に次の数は100である。このような手法を用いて、非常に大きい数も表わすことができる。2進数で表わされた数と、10進数で表わされた数の一般的な対応は、高等学校情報Cの範囲である。ここまでは整数について考えて来た。一方、数値には小数で現われる数もある。これらは、コンピュータ上では常に有限の桁数を持った数値として表わされる。これは、コンピュータの記憶量が常に有限であるので、無限個の数で表わされる数値を扱うことは出来ないことによる。具体的には小数を、の形に書き表す事が多い。ここで、aは、0から1までの有限の桁数の小数であり、bは、定まった定数であり、cは、元々の数の大きさを表わす数である。このとき、aを'仮数'、bを'指数'と呼ぶ。例えば、cを10とし、元々の数を5.24とすると、となるので、仮数は524、指数は-1となる。これによって、上で述べた整数を扱う方法を用いて、小数を扱うことが出来るのである[1]。ここまでで、コンピュータ上での数値の表わし方について述べて来た。ここからは、文字の表わし方について考える。文字にはラテンアルファベットやひらがな、かたかな、漢字などがあるが、コンピュータがこれらを区別できるようにするためには、これらにたがいに重複しない数値を与える必要がある。仮にこのような当てはめがなされて、しかも、コンピュータに取って与えられた情報が文字であることが知らされていたなら、コンピュータはその情報を文字として扱うことが出来る。それぞれの文字にどのような数値があてはめられているかは、環境によって異なる。しかし、英語で用いられるアルファベットなどの基本的な文字については、これらはほぼ統一されている。一方、日本語の文字に対する数値は、環境によっており、統一されているとはいえないのが現状である。これらの異なった数値は、文字化けの原因となる。文字化けの問題の解決策として様々な数値の当てはめ方の間を、移りかえる手法が必要となる。実際にどのような数値が当てはめられているかを調べる方法は、高等学校情報の範囲を超えるので、ここでは述べない。次に、映像の記録の仕方を説明する。ある映像をコンピュータ上に取りこむときには、その映像は映像を細かい点ごとに区切って表わし、各点の色の情報を数値で表わすことによって表わされる。一般に、全ての光の色は、赤、緑、青の3色の光によって作りだすことが出来ることが知られている。そのため、各々の点について3つの数値を扱うことが、色のついた情報を扱う上で必要となる。一方、白と黒だけで表わされる画像については、黒だけを色として扱えばよいので、各々の点に関してただ1つの数値を扱えばよい。各々の点に対する数値の上限は、各々の点に対する色数が何通りあるかを表わす数であり、この数が大きいほど、多くの色を作ることが出来、より元の映像に近い色彩で、映像を保存することが出来る。よく用いられる上限は、それぞれの赤緑青の色に対して256通りの色を与える手法であり、この時には合計でだけの種類の色が出せることに対応する。最後に、音に関する情報の扱い方について述べる。音は、空気などの振動であり、音が聞こえている点での圧力の違いによって、音を表わすことが出来る。詳しくは、高等学校理科物理Iを参照。マイクロフォンは、圧力の違いによって現われる波形を、電気的な波形に変換する機具であり、これを用いることで、音を、電気的な波形とすることが出来る。このような波形は、そのままでは数値として扱うことは出来ないが、非常に短い時間間隔でそれらの波形の大きさを記録することで、元々の波形にごく近い波形を、数値情報として取りだすことが出来る。ただし、記録を行なう時間間隔と比べて、非常に速く変化する波形については、正しく波形を再現することは出来ない。コンピュータにおける情報の処理ここまでにもコンピュータが与えられた命令を順に実行していくことを述べた。ここでは、コンピュータが具体的にどのようにこれらの命令を実行するかを述べる。コンピュータはCPUを含んでいるが、コンピュータが実行する命令は、全てCPUによって実行される。そのため、コンピュータに対する命令は、CPUの動作を制御することが目的となる。具体的には、CPUは、あるデジタルデータによって表わされる命令を受けつけて、それに対応する命令を実行するように作られている。このため、適切なデータをCPUに与えることで、CPUを思い通りに動かすことができるのである。詳細についてはw:CPU、w:機械語などを参照。このとき、コンピュータを扱う人間は、CPUがどのような命令に対して、どのような動作を行なうかを、把握していなくてはならないように見える。ただし、実際には、そのような命令を出す作業自体を、コンピュータに代行させることができるため、コンピュータの利用者全てが、そのような命令を把握していなくてはいけないというわけではない。実際キーボード、マウスなどを用いてコンピュータに指示を与えることができるが、それらが具体的にどのような命令に対応するかは、コンピュータの構成、特にOSの機能によって異なる。ここで、コンピュータのこの性質を用いて、コンピュータに行なわせることが出来る仕事を、具体的に述べる。コンピュータが行なうことが出来る仕事として、古くから知られているものに、'並べ替え'と'探索'がある。並べ換えとは、ある条件に基づいて、与えられたデータの順番を並べかえる操作のことであり、探索とは、与えられたデータの中から、対応するデータを探しだす操作のことである。このように、コンピュータを用いて行なう作業のことを、アルゴリズムと呼ぶことがある。より高度なアルゴリズムについてはw:計算機科学などを参照。まずは、探索について述べる。ここでは線形探索と呼ばれる手法について述べる。線形探索とは、複数のデータが与えられたときに、それらを順番に探しているデータと比較し、それと等しいデータを探すという探索法である。探しているデータが見つかったときには、見つかったという情報を返し、探しているデータと等しいものが無いときには、探索が失敗したという情報を与える。具体的にコンピュータに探索を行なわせる手法を述べる。探索されるデータ群と、探すデータの種類は、CPUに与えることができるものとする。具体的な探索手順は次のようになる。 - データ群から、最初のデータを取る。 - 取ったデータと、探していたデータを比較する。等しいときには、4に進む。 - データ群から新しいデータを取り、2に戻る。新しいデータが無いなら、5に進む。 - 得られたデータが、探していたデータである。 - 探していたデータは与えられたデータ群には無いことがわかる。ここで、コンピュータの命令は、基本的には与えられた順に行なわれるが、CPUに対するある命令は、命令が実行される順番を変化させることを注意しておく。上の例では2の中で、'4に進む'という手順があるが、これは、コンピュータの命令が、常に与えられた順になされるのなら、不可能である。次に、並べ替えについて述べる。ここでは、w:選択ソートと呼ばれるアルゴリズムについて述べる。選択ソートとは、与えられたデータの中から最も大きいものを順番に見ていくことで探しだして、それを最初に持って来て、残ったものの中で同じ事をくり返すという方法である。小さい順に並べるには、これをデータの中から最も小さいものを取りだすという手順に入れ換えて、行なえばよい。選択ソートはデータの数が多いときには非効率であることが知られている。より高速なソートについては、w:計算機科学、w:クイックソートなどを参照。具体的な手順は、 - データの中で最も大きいものを探しだす。 - 探しだした最も大きいデータを取りだして、答えの列の最初に並べる。 - 残ったものに対して、同じ手順をくり返す。というようになる。これは単純に見えるが、複数のデータの中から最大のものを探しだすことは、通常CPUの命令としては存在しない。そのため、このような手法も、CPUに対する命令として、作成しなくてはならない。具体的には、次の手順となる。 - 与えられたデータ群のうちの1つ分を記憶できる場所を、確保しておく。 - 与えられたデータ群の中から1つを取りだし、1で確保した場所に記憶する。 - データ群から1つのデータを取りだす。取りだすデータが無くなれば、5に進む。 - 3で取りだしたデータと記憶しておいたデータを比較する。記憶しておいたデータの方が大きければ、3へ戻る。取りだしたデータの方が大きければ、取り出したデータを確保しておいた場所に上書きし、3に戻る。 - 1で確保した場所に記憶されているデータが求めるデータである。これらを適切な情況で呼び出せばよい。このように、ある汎用的に用いられる命令群を作成して、適宜呼び出して用いることが出来るとき、この命令群のことをサブルーチン（副命令）と呼ぶことがある。サブルーチンを呼び出すには、CPUの命令の実行順をかえる命令をうまく用いればよい。その詳細は、高等学校情報の範囲外なのでここでは述べない。w:計算機科学などを参照。情報の表し方と処理手順の工夫の必要性ここまでで簡単なアルゴリズムについて学んだ。ここからはコンピューターを用いて、実際に課題を解くことで、学習を進める。まず、前章で述べたような、簡単な探索のアルゴリズムを、コンピュータに対する命令として与えることを考えてみる。ここで、コンピュータに対する命令が、最終的には CPUに対する命令に帰着することは常に正しい。しかし、CPUに対する命令をそのまま書くことは、複雑な作業になることが多く、より専門的な知識が必要となる。そのため、CPUに対する命令をより簡単に扱う方法が研究されて来た。ここでは特に、プログラミング言語を通した手法を用いて、コンピュータに対する命令を扱っていく。まず、プログラミング言語の説明を行なう。プログラミング言語とは、本来数値として書かねばならないCPUへの命令を、より人間に取って分かりやすい表式で書き換える手法である。最も単純なプログラミング言語は、w:アセンブリ言語と呼ばれ、ほとんど全てのCPUに対して用いられる。これは、CPUに対する命令のそれぞれに適切な名前をつけ、それを書き連ねることで、CPUに対する命令を述べる手法である。もちろん、書かれた名前は何らかの手法で、CPUに対する対応する命令に置き換えねばならない。このような作業をするソフトウェアを、アセンブラと呼ぶ。アセンブラは、それぞれのCPUに対して1つずつ存在し、CPUごとに使いわける必要がある。これは、非常に不便であるので、様々なCPUに対して同一の情報を用いる手法が研究された。現在では、多くのCPUが持っている機能を、人間に取って、分かりやすい方法で書く手法が確立されている。このような手法で用いられる技術を高級言語と呼び、高級言語を対応するCPUへの命令（機械語と呼ばれる）に変換するソフトウェアを、コンパイラと呼ぶ。コンパイラが出力する機械語は、CPUごとに変化させる必要がある。しかし、コンパイラに入力するファイル自体は、それぞれのCPU間で同じものを用いることが出来る場合も多い。理論的なコンパイラでは、最終的に機械語を出力するということだけが定められており、どのような命令に対してどのような機械語を対応させるかということは、定められていない。そのため、使用者の好みや、歴史的事情などに応じて、様々な高級言語が作成されるに到った。現在主要な言語としては、開発用の言語として、C言語、C++、Javaなどがある。また、数値計算や科学計算の分野では、w:Fortranが広く用いられている。これらの言語は、非常に機能が豊富であり、コンパイラに対する細かい指示を出すことが出来るが、一方で、初心者にはやや分かりづらく、敬遠される向きがある。実際には、言語を扱うという観点では、機械語に置き換えるのではなく、読み取った言語の内容をその場で実行するプログラムを作ることもできる。このように実行される高級言語をw:インタプリタ言語と呼び、用いられるプログラムをw:インタプリタと呼ぶ。'インタプリタ'は英単語 interpret '解釈する'から来ている。インタプリタは数が多く、よく用いられている言語も多い。ここでは、簡単なアルゴリズムを扱う言語として、w:Pythonを扱う。Pythonは、インタプリタ言語の1つで、教育目的で作られた言語に源があるため、使いやすく、簡単であることが特徴としてあげられる。Pythonの詳細についてはw:Pythonなどを参照。また、インタプリタ言語には、古くからあるw:Perlや、日本人が作者であり、近年特に注目を集めているRubyなどがある。興味があれば、これらについても調べてみるとよいだろう。ここでは、前章で述べた線形サーチに対するプログラムを考える。そのためには、Python言語を用いて、CPUに対する命令を発する手法について、簡単にまとめる必要がある。ここでは、サーチするデータを5つの整数とする。必要な手法は次の通りである。 - 値を記憶する。 - 2つの数値が等しいかどうか調べる。 - 数値を並べておいて、順番に取り寄せる。 - 結果を出力する。などがある。これらについて、順番に扱う。値をコンピュータ上に記憶する操作を、w:代入と呼ぶ。代入はほとんどあらゆる言語が提供する機能であり、機械語を用いても、それらの操作を行なうことが出来る。Pythonでは、代入を、 a = b の構文によって行なう。ここで、aは、値が代入される記憶領域であり('変数'と呼ばれる)、bは、aに代入される値である。aは、単に記憶領域を区別するためだけに付けられた名称であるので、どのような名前を用いてもよい。ただし、実際には覚えた情報の意味を表わすような名前を付けた方が、プログラムの意味がより明白になる事が多い。次に、2つの数値が等しいかどうかを調べる方法について述べる。Pythonでは、この操作は、 a == b と書かれる。a, bは、それぞれ変数でも定数であってもよい。aとbが等しいときには、この式は、特別な値Trueを返す。一方、aとbが異なる時には、特別な値Falseを返す。ここで得た値は、上の式の結果によって、行なう行動を変えるときに、用いられる。このような操作のことを'条件分岐'と呼ぶ。実際にある条件を課して、その結果に応じて異なった手順を実行するには、 if (a): b という構文を用いる。ここで、aは、条件として用いる式であり、bは、条件が満たされたときに実行される文である。より複雑な条件分岐も存在するが、ここでは扱わない。ここで、これはPythonだけの特徴だが、bが2行以上にわたるときには、それらの前の空欄をそろえて書く必要がある。つまり、 if (a): b c d とするのである。ここで、b, c, dは、異なった文である。これは、でき上がったプログラムを読みやすくする上でも重要な特徴である。次に数値を並べておく方法について述べる。機械語においては、情報を記録する部分は通常w:メモリと呼ばれる。これは、コンピューターのパーツとしてのw:メモリと同じものであることもあるし、違うものであることもある。これは、現在のコンピューターが非常に多くのメモリを必要とするため、物理的なメモリ以外の記憶装置を用いて、物理的なメモリの代わりをさせるからである。ここでは、それらを区別しないで、単にメモリと呼ぶ。メモリにはそれぞれの位置に番地が置かれており、それらの番地が続くようにデータを置くことで、それらが続いたデータとして、用いることが出来る。一方、このようなデータの置き方にはいくつかの欠点があり、より一般的なデータの置き方が必要となることもある。pythonでは、いくつかのデータを扱うときには、通常後者のより一般的な配置を用いている。しかし、実際のデータの配置は、自動的になされるので、利用者がそれを意識する事はない。実際にpythonで複数のデータを扱う時には、 [a, b, c] などのような表式を用いる。ただし、a, b, cは、記憶したい情報の事で、ここでは、整数である。このような表式をw:リストと呼ぶ。これらの表式は、1つの変数に代入することが出来る。lという変数に代入するときには、 l = [a, b, c] のように書く。リストに含まれるそれぞれの情報を扱うには、 l[i] という式を用いる。ここで、iは整数で、情報が置かれている場所を表わす。ただし、これらの場所は、0から数える必要がある。0から数えるのは不思議に思えるが、多くのプログラミング言語でそうなっている。例えば、この場合では、 l[0] は、aに等しい。次に、並べたデータを順に見ていく手法を述べる。機械語を考えると、これは単に、データの数だけ比較をくり返し、それが終わったら全体を終わりにすればよい。重要なのは、データの数をあらかじめ与えておく事だけである。pythonでは、このようなくり返しは、 while (a): b を用いてなされる。whileは、aがTrueの間、bの内容をくり返すという命令である。aの値が常にTrueである時には、この命令はbを無限回くり返すという命令になってしまう。そのため、bにおいて、aの内容を変化させるような書き方をすることが、基本的な手法となる。最後に結果の出力を行なう方法について述べる。結果の出力を行なうためには、結果を画面に映し出すような手法が必要である。pythonにもそのような命令が備わっており、 print a とすればよい。ここでは、aは何らかの式である。これらをまとめたプログラムに移る前に、やや高度な内容だが、プログラムの途中でそれ以降の命令の実行を取り止める命令を導入する。この命令は、 exit (0) の形で書かれる。ただし、この命令は、命令を用いる前に、 from sys import exit という文を書く必要がある。これは、import文と呼ばれる文だが、これについては詳しく説明しない。w:pythonなどを参照。これらの結果を用いて、プログラムを書けばよい。与えられたデータが、 [1, 4, 3, 2, 5] であり、探しているデータが2であったとすれば、 1: from sys import exit 2: data = [1, 4, 3, 2, 5] 3: looking_for_this= 2 4: i = 0 5: while (i < 5): 6: if (looking_for_this == data[i]): 7: print "I found this. The order of the number I need is" 8: print i 9: print "." 10: exit(0) 11: i = i + 1 12:print "I can't find that." となる。ただし、先頭の数字は解説のためにつけたもので、実際のプログラムには現われない。ここからはプログラムを順に見ていく。 1行目は、先ほど述べたimport文であるが、この文については詳しく扱わない。 2行目は、[1, ..., 5]で与えられるリストを、変数dataに代入している。 3行目では、探している変数をlooking_for_this という変数に代入している。 4行目では、iというくり返しの条件に用いる変数に0を代入している。この値は、後にdataの数だけくり返しを行なうために必要となる。この数は、dataに代入されたリスト内の要素の数と、一致しなくてはいけない。実際には、変数data自身から、data内に含まれる要素の数を取得することも出来る。しかし、それが出来るかどうかは言語や、用いている環境による場合もあるので、ここでは考えない。 5行目が、くり返しの始まりである。この時条件文の中身は、iが0であることから、 0 < 5 となっており、0が5より小さいかどうかを調べている。これは'真'であるので、while内の文が実行される。そのことによって6行目が実行されるが、ここでは、if文を用いて、dataのi番目の要素が、探している量であるlooking_for_thisと等しいかどうかを調べている。ここでは、iが0の時には、data[0]が1であり、looking_for_thisが2であり、条件式は 1 == 2 となるが、これは1と2が等しいかどうかを調べている。これは'偽'であるので、if文の中身は実行されない。そのため、プログラムの実行は次に11行目へと移る。11行目の文は奇異に見えるかも知れないが、=が等しいことを表わす演算子ではなく、代入を表わす演算子であることを考える必要がある。更に、加法の演算子の優先度が、代入の演算子より高いことを考えると、11行目は、'変数iに、現在の変数iの値に1を足したものを代入せよ'という命令となる。結局、iの値に1を加えることに対応する。while文の範囲はここまでであるので、次に文の実行は、5行目に戻る。ここで、再び、i < 5の比較を行なう。ここでは、さっきと違ってiは1であるが、依然としてiが5より小さいことは変わらないので、再びwhile文の中身が実行される。ここで、iが5になればこの条件式が'偽'となることから、このくり返しは、iが0,1,2,3,4の5回だけ実行されることが分かる。この5回は、リストに貯えた情報の数と一致しているため、ちょうど全ての情報を調べることができるのである。iが1の場合はdata[i]は4であるので、これも求める数ではない。再び、iが1だけ増える手順をくり返すのだが、iが3になったとき、 looking_for_this == data [i] が'真'になる。ただし、要素の番号は0から数えることに注意。data[3]が2であり、data[4]が5である。このとき、7から10行目のif文の中身が実行される。7行目はprint文であり、書かれた内容を出力する。8行目も、print文だが、今度は、iの中に貯えられている値を出力する。ここで、print文の後に書かれている語の性質によって、print文の動作が変化していることに注意。実際にはこのために複雑な処理をしているが、それについては詳しく述べない。 9行目もprint文だが、これは文末のピリオドをつけるだけである。 10行目のexitは、プログラムの実行を停止する関数であるので、ここでプログラムの実行は止まる。結局探していたデータがdata[3]に保存されていたことがわかったわけである。ここまでが、最も簡単な探索である線形探索の手順である。探索ではw:2分探索なども有名であるが、ここではそれについてはふれない。w:計算機科学などを参照。問題のモデル化とコンピュータを活用した解決この章では、コンピューターを用いて、簡単なプログラムを作ることを目的とする。その際、対象の性質に注目し、それらをコンピューターに解決させる方法を考え出すことを、主要な目的とする。この章には、'モデル化とシミュレーション'と、'情報の蓄積・管理とデータベースの活用' の2つの内容が存在する。どちらも実習を含む内容となっているが、実際には両方の実習を行なう必要はなく、情況に応じて、片方を選択すればよい。ただし、基本的な考えは、両方の分野について学習を行なうものとする。モデル化とシミュレーション - この節のコードにはバグがあります。探してみましょう。ここでは、いくつかの簡単なプログラムを作成してみる。例として、 - 1から12までの数値を与えたとき、対応する月の英語名を返すプログラムを作成する。ここでは引き続きpythonを用いるが、他の手法を用いてもよいものとする。ある数値に対応して、月の名前を得るようなデータは、上で述べたリストを用いると、 l[1] = 'January' l[2] = 'February' ... l[12] = 'December' などとして表現することが出来る。これは、lの1番目や2番目に対して個別に代入を行なっていることに対応する。ただし、実際にはこのような作業はより簡単に、 l = ['January', 'February', ..., 'December'] のように書くことが出来る。このような簡略化された書き方が出来るかどうかは、インタプリタの性質によっており、様々な言語が作成される原因ともなっている。次に、与えられた数値に対して対応する文字列を得るには、 print l[i] とすればよい。ただし、iは対応する数値とする。後は、iを与える方法を指定すればよい。単にiをプログラム中で指定するようにするなら、単に代入を行なえばよい。 i = n ただし、nは、1から12の整数である。これらをまとめると、最終的に求めるプログラムは次のようになる。 l = ['January', 'February', ..., 'December'] i = 2 print l[i] ただし、ここでは求めたい月の名前が、2月の名前であるものとした。求めたい月の整数を、プログラムの外部から与える方法は、ここでは扱わない。情報の蓄積・管理とデータベースの活用ここでは、データベースソフトウェアの活用について述べる。データベースソフトウェアは、情報を蓄積し、それを必要な時に取りだすことを、専門に行なうソフトウェアである。データベースソフトウェアは、いくつかの重要な用件を満たさなくてはならない。これらの特性は'ACID特性'と呼ばれ、データベースの性質を議論する上で有用となる。しかし、これらの性質はやや複雑なので、ここでは詳しくは述べない。詳細は、ACID特性を参照。データベースソフトウェアはその性質上、主にデータを貯えることだけを専門にしており、単独では、複雑なことは出来ないのが普通である。そのため、データベースから取りだしたデータを加工するために、上で用いたpythonのような言語が技術として用いられるのである。この性質上、データベースソフトは'データを保存したり、取りだしたりことを専門に行なう部分'と、'データを受け取り、加工し易いようにする'の2つの部分に分割されることが多い。一般に、これらの機能を持ったプログラムは別々に作成され、お互いの間で通信を行なうことで、目的を達するような設計となることが普通である。このようなソフトウェアを、一般にサーバクライアント型と呼ぶ。ここでは、データの管理を行なう部分がサーバであり、データを利用者に与える部分が、クライアントである。サーバは英単語server、クライアントは英単語clientから来ている。データベースソフトウェアは、種類によってそのデータの保存の仕方や、扱い方が異なっているのが普通である。しかし、これらの扱い方が、少なくとも利用者の視点からは、全く同じに見える方が望ましい。なぜなら、もしそうであるなら、あるデータベースのために作成した利用者のソフトウェアが、他のデータベースに対しても用いることが出来るからである。一般に、各々のソフトウェアの間で、プログラムを共有できる性質を、互換性と呼ぶ。このとき、データベースの利用者側のソフトウェアは、各々のデータベースソフトウェア間で互換性があることが望ましい。このような互換性は実際に存在し、利用者がデータを受け取るために用いるプログラムは標準化されている。ただし、利用者のプログラムを解釈するソフトウェアや、解釈したソフトウェアがサーバ部分と通信する方法は、標準化されておらず、高価で優れたソフトウェアは通信の安定性や速度などがよりよく考慮されており、差別化が行なわれている。実際に、データベースを用いるために利用者が用いる言語は、SQLと呼ばれる。SQLは、Structured Query Language の略で、日本語では'構造化問い合わせ言語'と訳される。SQLの文法は、英語の文法に近く、修得は比較的簡単であるとされている。ただし、この言語を一般のアルゴリズムを作成するために用いることは困難であり、あくまで、データベースに要求を伝えるためだけに作られた言語であることには注意する必要がある。一般にSQLは、w:リレーショナルデータベースを用いるための言語である。リレーショナルデータベースとは、データとデータの関係を表の形で表わし、その表を用いて、データを蓄積する手法である。この手法は直観的にわかりやすいため、現在のデータベースソフトウェアの構成法として広く用いられている。ここでは、SQLを用いて、簡単なデータベースを作成してみる。ここでは、標準的な内容しか扱わないので、用いるデータベースはどのようなものでも構わないが、オープンソースソフトウェアとしてはMySQLやPostgreSQLが有名である。ここでは、データベースソフトウェアが既に起動し、SQLを用いることで、データの出し入れが出来る状態が整っているものとする。詳しい導入は付録を参照。データベースで非常に重要なことは、表を適切な形に定義する事である。一度定義した表の情報は、変更できるが、やや手順が面倒なので、最初に定義するときには気を付けて定義を行なうことが望ましい。テーブルを定義するSQLは、 CREATE TABLE name ( element type, element type, ...) が基本である。ここで、nameは、表の名前であり、elementは、それぞれの要素の名前である。typeは、それぞれのデータの型を表わしている。型とは、それぞれのデータがどのようなものであるかを表わす量であり、整数型、文字型などがある。ここではこの2つしか用いない。ここでは、商品番号と商品名のみからなる、簡単な表を考える。このとき、表を作成するSQLは、 CREATE TABLE goods (num INTEGER, name CHAR (30) ) となる。ここで、INTEGERは、英語で'整数'という意味であり、 CHARは、character'文字'の略である。numとnameは、それぞれ商品の番号と、商品名を表わす量である。ここでは用いないが、作成した表を消去するには、 DROP TABLE name というSQLが対応する。実際に作成した表に、データを挿入するには、 INSERT INTO name VALUES (elem1, elem2, ... ) が用いられる。ここで、insert'挿入する'である。ここでは、この文を3回用いて3つのデータを挿入する。 INSERT INTO goods VALUES (1, 'bread') INSERT INTO goods VALUES (2, 'humburger' ) INSERT INTO goods VALUES (3, 'peanut) これで、goodsという名の表には3つのデータが挿入された。ここまででデータの作成は終了である。一方、実際のデータベースの運用ではデータの挿入と読み出しが自由な順でなされるのが普通であることは注意が必要である。作成したデータを読みだすには、SELECTという命令を用いる。SELECTの用い方は複雑であるが、ここでは最も簡単な用い方だけを導入する。 nameという名の表から、elem1, elem2, ... などのデータを取りだしたいときには、 SELECT elem1, elem2, ... FROM name というSQLを用いる。ただし、全ての情報を読みだしたいときには、 elem1 , ... をに書き換えた文を用いる。例えば、上の例では、 SELECT name FROM goods というSQLは、3つの商品名を返す。また、 SELECT FROM goods というSQLは、それぞれの商品の、商品番号と商品名を、組にして取りだすために用いられる。ただし、SELECTは、情報を取りだす働きがあるが、取りだされたデータが消える事はなく、単に情報が複製されることには注意が必要である。 SELECTには、更にWHEREや、ORDER BYを用いた表式があるので、ここで説明する。 WHEREは、 SELECT ... FROM ... WHERE 条件式の形で用いられる。ここで、条件式とは、それぞれの要素に関して正しいか間違いであるかが定まる量のことであり、条件式が正しい('真である'という) 時に、対応するデータを取りだし、条件式が正しくない('偽である'という) 時には、データを取りださない。条件式の性質は詳しくは扱わないが、加法や減法なども用いることが出来る。例えば、 SELECT name FROM goods WHERE id = 3 は、'菓子パン'を返す。また、 SELECT name FROM goods WHERE id + 1 = 3 は、'サンドイッチ'を返す。最後にORDER BYは、 SELECT ... FROM ... ORDER BY ... の形で用いられ、読みだされたデータの並べ換えをさせる効果がある。例えば、 SELECT name FROM goods ORDER BY num は、numが小さい順にデータを表示する。一方、numが大きい順に表示させたい時には、 SELECT name FROM goods ORDER BY num DESC とDESCをつけてSQLを作成する必要がある。ここまでで簡単なSQLを扱って来た。実際のデータベースを用いたプログラムでは、取りだした情報を別の言語を用いて、加工することが普通である。データベースとの接続の詳細は、複雑なのでここでは触れない。情報社会を支える情報技術情報化社会では、社会の構成員は大量の情報を処理することを日常的に行なう必要があるのだが、これは、それぞれの人間にとって負担の大きいことである。幸い、人間に取ってより扱いやすい形に情報を加工する手段についても研究が進んでおり、それらを用いることで、情報をより直観的で解りやすい手段で扱うことが出来る。この章では、そのような手法の説明と、それらを用いる際の注意点についてまとめる。情報通信と計測・制御の技術情報技術の発展は、様々な機器を用いて、人間の意思をコンピュータに伝達することを可能にして来た。古いコンピュータでは、情報を伝達する手段として、紙に穴をあけて0と1を表現する機具（パンチカード）を用いて、コンピュータへの情報伝達を行なっていた。現在ではキーボードやマウスなどを用いて、情報を伝達することが出来る。また、例えば銀行のキャッシュディスペンサーなどでは、パネルに触れる事で、情報をコンピュータに伝えることが出来、利用者に取って非常に親切なシステムとなっている。これらの機器では、機器が読み取った入力を、その情報を元に、実際の制御を行なうコンピュータへと、情報を伝達する手段が問題となる。実際には同様の問題は、あらゆるコンピュータの周辺機器に対して生じる。多くの計測機器、例えばキーボードは、受け取った情報をケーブルを用いて、電気的にCPUに送っている。信号を受け取ったCPUは、その信号に対して、所定の動作を行ない、その信号を受けいれるのである。このように、機器が信号を発してからそれに対応してそれを扱うCPUが動作する一連の動きを、割り込み、もしくは'ハードウェア割り込み'と呼ぶことがある。ここで、所定の動作とは計測機器とCPUの間の約束事として定めておく必要がある約束事であり、具体的には0と1をどのような仕方でくり返すか、などの情報である。実際には、信号に対するCPUの動きは単純でない場合も多い。例えば、キーボードとCPUの通信の場合には、押されたキーによって異なった信号が送られて来るため、それぞれの信号と実際に受けいれる情報、例えば画面に表示される文字との間の対応を取る必要がある。また、CPUとハードディスクが情報の交換を行なうときには、ある一定程度の通信が行なわれることを確認してから、実際の書きこみや読み取りを行なうことが多い。これは、情報交換の過程が時間のかかるものであるため、一度にいくらかの量をまとめて行なう方が都合がよいからである。このように、CPUと周辺機器との情報交換を行なう過程は複雑であるため、この作業を専門に行なうプログラムを作成し、機器への出力や、機器からの入力を整形させる場合が多い。特に、それがOSの機能として与えられるとき、そのようなプログラムをデバイスドライバと呼ぶことがある。このように複雑な入力機器を用いるためには、ハードウェアとソフトウェアの両面で、多くの努力が必要となることがわかる。ここでは最も単純な入力を用いて、コンピュータによる制御の例を作成してみる。入出力をどのように扱うかはプログラミング言語によって異なっており、それらは言語の1つの特徴となる。解りやすい入出力があれば、言語は使い勝手のよいものとなる。pythonでは、最も簡単な入力は、raw_input() という関数で与えられる。これは、 s = raw_input() の形で用いられ、キーボードから入力された文字列を、sに代入する働きをする。これを用いて、簡単なコマンド指定のためのプログラムを作ってみる。例えば、あるプログラムで実行したいことが複数あり、その中から利用者がどの作業を実際に行ないたいかを選ぶ必要があるとする。ここでは、それぞれの作業に1,2,3の番号をつける。このうちのどれを選択したいかを利用者に選択させることが、ここでの目的である。ここでは、利用者の選択が、'1','2','3'のどれかであることを調べればよい。このような条件分岐は、以前出て来たif文に加えてelif文と、else文を用いる。これらの文は、 if (a): b elif (c): d else: e の構文に従う。ここで、a, c は条件式であり、b, d, e は、それぞれ1つの文である。この文の意味は、やや複雑である。まずaが真であるかを調べ、真であったらbの文を実行する。そうでなかったときには、次にcが真であるかを調べ、真であったときにはdの文を実行する。それも偽であったときには、eの文の実行をするという手順になる。ここで、aの式が真であったときには、dとeの文は実行されないことに注意が必要である。実際には、elif文は必要に応じていくつでも連ねることが出来る。さらに、else文は省略しても構わない。これを用いて、1, 2, 3 のどれかを選ぶためのプログラムを作ることが出来る。情報の入力部分は次のようになる。 print "Please give me one of 1, 2, 3." s = raw_input() これはraw_input()を用いて情報を受け取るための文である。ただし、print文を1つつけて、何が求められているかを解りやすくした。受け取った情報から必要な作業がどれであるかを見出す部分は次のようになる。 if (s == '1'): print "I'll try job 1." elif (s == '2'): print "I'll try job 2." elif (s == '3'): print "I'll try job 3." else: print "I don't understand what you gave me." プログラム中で、sは、先ほど受け取った利用者からの入力である。これが'1', '2', '3'のどれかであるかを確かめるために、先ほどのif - elif - else を用いている。それぞれのif文に対応する実行文は、ここでは、単に番号を表示するprint文である。しかし、実際により複雑な仕事を行なうときには、この部分に対応するサブルーチンをおいた方がよいだろう。Pythonでもサブルーチンを定義することが出来るが、ここではそれに関する説明は行なわない。w:Pythonなどを参照。また、利用者が入力した内容が1, 2, 3 のどれでもないときには、その内容に対応する作業が無いことを述べて、プログラムの実行を終えている。情報技術における人間への配慮情報技術を上手く用いることで、情報を処理することに関する人間の負担を減らすことが出来る。同時に、そのような技術を上手く用いることで、人間が行なう処理の間違いを検出したり、より使いやすい入力装置を作成することが出来る。しかし、このようなプログラムを作成するには多くの時間が必要であり、価格として高価になる場合が多い。そのため、実際にどの程度の使い易さを要求するかは、プログラムの作成の段階で問題になることが多い。実際には要求を増やすほど、作成の時間もコストも増える傾向があるため、常に優れた情報技術が用いられるとは限らないことにも注意する必要がある。しかし、ヒューマンエラーの発生を減らすためにも、使い方が明快で解りやすい情報技術の作成は重要な役割を持つ。この分野については今後の発展が期待されるところである。情報技術の進展が社会に及ぼす影響現在ではハードウェアの面でも、ソフトウェアの面でも非常に多くの情報技術が開発されており、その数は現在でも増え続けている。これらは使いこなすことで我々の生活が便利になる可能性を秘めている一方、使い方を間違えば、我々の生活を大変な混乱に導く可能性も秘めている。実際的には、我々はコンピュータ技術の発展に常に注目し、それらを用いて実行できることを把握しておくことが望まれる。付録 Pythonの導入 Pythonは有名なオープンソースソフトウェアであり、Python Software Foundation License遵守する限り、無償かつ無保証で使用することができます。 Pythonは、Unix、macOS、およびGNU/Linuxのさまざまなディストリビューションなどのオペレーティングシステムとともに配布されています。 Pythonがインストール済みか確認 Pythonがインストール済みか確認する方法は、ターミナル（コマンドプロンプト）を開いて、以下のコマンドを実行します。 $ python -V または[2] $ python3 -V 上記のコマンドの実行結果に、Pythonのバージョンが表示される場合、Pythonが既にインストールされていることを意味します。 Pythonのアップデートバージョンの確認で、インストールされているPythonがサポート終了している場合はアップデートが必要です。 Pythonのアップデートを行う場合は、Pythonの公式サイトから新しいバージョンをダウンロードして、再インストールする必要があります。また、パッケージ管理ツールを使用することでも、Pythonのアップデートができます。 Pythonのインストール Pythonのインストール方法は以下の手順になります。 - Pythonの公式サイト( https://www.python.org/downloads/ )にアクセスし、最新版のPythonをダウンロードします。 - ダウンロードしたインストーラーを実行し、インストールを開始します。 - インストールウィザードに従い、インストール先などを選択し、インストールを完了します。インストールが正常に終了したかを確認するために、ターミナル（コマンドプロンプト）を開いて、以下のコマンドを実行します。 $ python -V または $ python3 -V 上記のコマンドの実行結果に、Pythonのバージョンが表示される場合、インストールが正常に完了していることを意味します。
null	null	情報C 情報Cでは、情報のデジタル化のしくみについてより詳しく説明する。また、通信機器のしくみについて詳しく説明し、その使い方について述べる。情報のディジタル化高等学校情報Bでは、様々な情報を0と1だけを用いて表現する方法について述べた。ここではそれらの手法についてより詳しく説明する。情報のディジタル化の仕組みここでは、数値、文字、音、映像データなどの扱い方についてより詳しく述べる。数値まず、数値について説明する。高等学校情報Bでは、数値は実数と整数の表わし方について述べた。ここではそれらについてより詳しく扱う。整数は、10進数で書かれた数を2進数で表わすことで、デジタルデータとすることが出来た。ここでは、10進数で書かれた数と、2進数で書かれた数の関係について扱う。10進数で、'abc.de'と書かれる数があるとする。例えば、123.45などの小数は、この形で表わされる。このとき、この数はと書くことが出来る。これは、10進法では、大きさが10倍になるごとに、桁が1つずれることに対応している。このような記法は、1つの整数の組(a, b, c\| d, e)から、唯一の10進数の数を定める方法を与える。ただし、\|の記号は、小数点の位置を表わしている。このことの逆として、全ての10進数で書かれた有限小数に対して、ただ1つの数の組が対応することもわかる。ただし、数の組に含まれる整数の数は、与えられた有限小数の性質に応じて変化するものとする。逆の証明は数学的帰納法によらなければならないのでここでは省略するが、ある整数nに対して、対応する数の組を見つけ出す方法を与えておく。 - nよりも小さく、しかも10のべき乗で表わされる数の中で、最も大きいものを見つける。 - 1で得たべき乗の指数をeとする。 - nをで割って、商dと余りrを求める。 - 整数の組の中で、最も上に書くべき量が、dである。 - 1から4の作業をrに対して行なう。rが0だったときには、ここまでの手順で整数の組が見つけ出されたことになる。この展開は、10のべき乗ではなく2のべき乗を用いて行なっても、全く変化することなく行なうことが出来る。同様に得られた数の組に対して、ただ1つの小数を対応させる方法もすぐにわかる。例えば、数の組(a, b, c, d, e\|)に対しては、というただ1つの整数が対応する。このような記法で書かれた数を10進数に対して2進数と呼ぶ。実際には10や2だけでなく、任意の自然数nに対してn進数を構成することが出来る。 - 問題例 - - 問題 - 次の10進数を2進数を用いて書き直せ。 - (I) 5 (II) 20 (III) 0.5 (IV) 320.75 - 解答 - 先ほど得た手順を用いて、与えられた数を展開していけばよい。小数の扱い方も展開を用いればよいが、若干非直観的に見えることがあるので注意が必要である。例えば、10進数の0.1は、2進数では無限小数になる。 - (I) - (II) - (III) - (IV) - 問題 - 与えられた2進数を、10進数に変換せよ。 - (I) 111 (II) 11011 (III) 0.1 (IV) 1101.001 - 解答 - 上で用いた展開の逆を行なえばよい。小数についてはやはり注意が必要である。 - (I) - (II) - (III) - (IV) - 以上の手順で数値を2進数で表わすことができることがわかった。実際には2進数で大きい値を書くと扱いづらくなることから、8進数（w:オクタル）や16進数（w:ヘキサデシマル）が用いられることが多い。 8進数や16進数が用いられるのは、8や16が、2のべき乗で表わされる数であり、対応がつけやすいことによる。例えば、111000111000のような大きい2進数があったとする。このとき、8進数では、この値を3つずつに区切って、読み取ればよい。これは、8が2の3乗に等しいことによる。上の例では、111は、8進数で7に対応し、000が、0に対応することから、8進数では7070と書くことが出来る。ここで、数が8進数で書かれていることを示すために昔のC言語の八進数リテラル表現を借りて "0" を前置して、07070 の様に表記することがある[1]。一般に、8進数では0から7までの数字を用いることに注意。一方、16進数では、2進数を4つずつに区切って扱うことが出来る。 16進数は10進数より多くの数字を使うため、0から9の数字では数字が足りなくなる。これを補うため、9の後に A,B,C,D,E,F あるいは a,b,c,d,e,f が用いられる。上の例は、 1110: E, 0011: 3, 1000: 8を用いて、E38と書ける。 16進数は、C言語の16進リテラル表現を借りて "0x" を前置して 0xE38 の様に表記することが多い[2]。次に、負の整数の扱い方について述べる。ある数の正負を表す方法は、いくつかある。が代表的だが、w:1の補数など他の方法が採用される場合もある。多くのプロセッサーでは、整数には2の補数表現が用いられ、浮動小数点数には符合ビット表現（符号＋指数＋仮数）が用いられる。文字高等学校情報Bでは、コンピュータが扱う文字に対して互いに重複しないある数値を当てはめ、それによって文字を扱うことを述べた。ここでは具体的な文字コードとしてw:アスキー(ascii)コードと、w:ユニコード(UNICODE)について扱う。asciiコードは、aからzまでの小文字アルファベットとAからZまでの大文字アルファベットを含む、128種類の文字を表わす広く用いられる1w:バイトの文字コードである。それぞれの文字と数値の対応はw:アスキーを参照。実際に文字が数値と対応付けられていることを見るために、ここではw:プログラミング言語w:Pythonを用いる。Pythonについて詳しくは、高等学校情報Bを参照。Pythonはデータ型として文字列を扱うことが出来るが、特に、"\xi??"の記法によって、1バイトの情報を直接書きこみ、それを文字列として扱うことが出来る。ここで、??は、16進数で表わされる数値である。そのため、ここでasciiコードに対応する数値を書きこみ、結果が文字として表示されれば、asciiコードが対応する文字を表わす数値を与えていることが示される。具体的には、 print "\x61" などを実行してみるとよい。16進数での61は、asciiコードでは'a'に対応する。そのため、これを実行すると、画面に'a'が出力されるはずである。次に、ユニコードについて述べる。世界には様々な文字が存在するが、それらの文字には互いに重複した文字コードが与えられており、異なった言語の文字を同じファイル内で用いるためには特別な工夫が必要であるという情況があった。その情況を打開するために用いられるようになった文字コードがユニコードと呼ばれる方式である。ユニコードは世界で用いられる全ての言語に対して、単一の文字コードを与えて、それらを統一的に扱うことを目指した文字コード体系である。ユニコードを作成することは、用いる情報を増やすことで、扱う文字の数を無限に増やせることを考えると、単に現存する文字を集めることだけが目的のプロジェクトのように思われる。しかし、実際には asciiコードなどの有力な文字コードに対する互換性などを保持するため、それらと重複しない文字コードを作成することが重要となった。 asciiコードでは、当てはめられている文字は128個だけである。一方、1バイトの情報は、256通りの情報を表わせる。これは、1バイトが8w:ビットに対応しており、用いられる情報が通りだけあることによる。そのため、asciiコードに対応する文字に1バイトだけを当てはめるコードを用いても asciiコードで用いられていない数値に対応するバイトから始まるバイト列を他の文字に対応させることで、2、3、4バイトの情報で表わされる文字を作ることが行なわれた。現在よく用いられているユニコードとして、w:UTF-8と呼ばれる文字コードがあるが、これはasciiとの互換性を維持している。この文字コードは、1から4バイトの情報をそれぞれの文字に当てはめている。日本語で用いられるひらがな、かたかな、漢字はどれも3バイトで表わされる。通常、日本語のデータを扱うためには、通りの文字を用いれば事が足りるため、これまでの日本語文字コードでは、それぞれの文字を 2バイトで表わすことが多かった。一方、UTF-8を用いると、1文字当たりに必要となるサイズが増えるため、日本語のデータの大きさが増えることが問題となる。しかし、UTF-8を用いることで他の言語との親和性が高くなることから、UTF-8は広く用いられるようになっている。 UTF-8の使い方を確かめるために、Pythonを用いてみる。例えば、日本語の'あ'に対応するUTF-8は、'0xe38182'である。ここで、 print "\xe3\x81\x82" を実行すると、'あ'が表示されるはずである。ただし、これは用いている環境が、UTF-8の日本語を表示できるかによるため、情況によってはうまくいかないこともあるかも知れない。音次に、音の保存方法についてより詳しく述べる。高等学校情報Bでは、音がただ1つの数値を時間的に記録し続けることで、デジタルデータへと変換できることを述べた。このような音声データをw:PCM形式と呼ぶ。この形式は非常にファイルのサイズが大きくなることが多く、楽曲を配付するような目的ではデータの通信に時間がかかることが問題となる。この問題を解決するため、データのw:圧縮を行なう方法が工夫された。圧縮とは、データの性質をできるだけ変えないように保ったまま、データのサイズを小さくすることである。データの圧縮については次章でより詳しく扱う。よく用いられる圧縮形式には、w:MP3形式がある。この圧縮法の詳細にはふみこまないが、詳しく知りたい場合にはja.wikipediaの対応する記事などを用いるとよいだろう。また、上で用いた圧縮形式は、ライセンスに制約があり、保存されたファイルを用いることに制限が生じる場合がある。この制限を乗り越えるため、w:Ogg Vorbis形式の圧縮法が提唱された。この形式は、ライセンスによる制約が生じないように工夫されているため、今後広まっていくものと考えられる。画像次に、画像の保存法について詳しく述べる。高等学校情報Bで、画像が各点(w:ピクセルと呼ぶ)の赤、青、緑の光の強さ(この3色をw:RGBと略すことがある)で、表わすことが出来ることを述べた。実際には、音楽と同じ理由で、映像データも圧縮を行なって、データサイズを小さくすることが多い。よく用いられるファイル形式には、w:GIF、w:PNG、w:JPEGなどがある。ここでは、画像を扱う簡単な方法として、w:XPM形式について述べる。XPM形式とは、文字列をそのまま画像として扱う方式であり、GUIのツールがなくても画像を扱うことが出来る方法として重宝される。XPMはw:C言語で用いることを考えて作られた形式であるので、その記録方式は少し妙に見える所を含んでいる。ここでは簡単なXPMを扱う。 1: static char a = { 2: "5 5 2 1", 3: "w c #ffffff", 4: "b c #000000", 5: "bbbbb", 6: "bwwwb", 7: "bwbwb", 8: "bwwwb", 9: "bbbbb" 10: } 典型的なXPMのデータは上のようになっている。最初のstatic char a = { と、最後の }の部分はC言語の対応する機能なのでここでは述べない。 2行目の"5 5 2 1"は、それぞれ画像の幅、高さ、用いる色の数、それぞれのピクセルを表わすのに用いる文字の数を定めるパラメータである。ここでは、縦横5ピクセルの図形で、色の数は2色とし、それぞれの色を扱うためにbとwの文字を用いているのでこのような値にセットしてある。 3、4行目は、それぞれの文字にどの色を当てはめるかを定める行である。ここで、"w c #ffffff"の部分は、wに対しては、カラー(Color)で、#ffffff で表わされる色を当てはめることを述べている。ここで、ffffffの表式のうち、最初の2文字は、赤の強さに対応しており、その強さを 16進数で表わした色を表わしている。また、3,4文字目は緑の強さ、5,6文字目は青の強さをそれぞれ表わしている。全ての色の強さが最も強いときには、対応する色は白であることが知られている。結局3行めは、wに白を当てはめることを述べている。4行目も似た文だが、ここでは、 bに黒を当てはめている。実際の画像データは5から9行目に記録されている。ここでは、白で黒を囲んでいるように見えることを意図しているがわかりづらいかも知れない。実際にXPM形式のデータを扱えるソフトウェアとしては、w:en:ImageMagickなどが知られている。情報機器の種類と特性ここでは、様々な情報機器について説明する。具体的には、w:プリンタ、w:スキャナ、w:デジタルカメラなどを扱う。プリンタは、映像などのデータを紙に印刷するための情報機器である。プリンタはビデオカード同様、映像データを3色を用いて表わし、その情報を元に、紙のある部分に印刷する色を決める。ここで、プリンタが紙に色を転写する方法がいくつかある。代表的な例として、w:ドットインパクトプリンタ、w:インクジェットプリンタ、w:レーザプリンタなどがある。ドットインパクトプリンタは、やや古い型の白黒プリンタに多く、w:インクリボンを機械的に叩きつけることで紙に色を写す方式である。インクジェットプリンタは、近年でもよく用いられる方式であり、カラーと白黒の両方が扱えるタイプが多い。これは、画像データに対応するように紙にインクを吹き付けることで、紙に色を写す方式である。レーザプリンタは、やや高価であるが、高速な印刷が出来るため、オフィスなどの業務用のプリンタとして用いられることが多い。こちらも白黒とカラーを使いわけられるタイプが多い。方式としては、それぞれの色に対応したw:トナーを用い、それにw:レーザを照射することで、色を写すという方法を用いている。ここで、レーザとは波長のそろった光のことであり、これは減衰することなく長距離を伝搬することが知られている。また、通常の光と比べてより強い指向性があるため、細かい操作にも向いている。レーザの照射原理はかなり複雑であることが知られている。w:レーザ、量子光学などを参照。次に、スキャナ(w:イメージスキャナ)についてまとめる。スキャナとは、紙などを機械に挟みこみ、その紙に描かれている内容を、デジタルデータに変換する装置である。描かれている内容を変換する点で、この機器はデジタルカメラに似ているが、大量のデータを読みこむ用途などでよく用いられる。また、プリンタと同じ機具にスキャナの機能をつけた製品もあり、このような製品はオフィスなどでよく用いられている。最後にw:デジタルカメラについてまとめる。デジタルカメラは、既存のカメラと同様、光を集め、それを記録することが出来る装置である。デジタルカメラと既存のカメラの違いは、既存のカメラが光を記録するのにw:化学反応を用いるのに対して、デジタルカメラは、光をデジタルデータに変換する機具を用いることにある。ここで、既存のカメラで用いられる化学反応は、カメラの種類によって異なっているが、銀塩を用いた反応が有名である。これらの機具を用いて、写真をデジタルデータとして扱ったり、デジタルデータを紙に出力したりすることが出来る。ただし、デジタルデータは複製が用意であるため、写真を何らかの方法でデジタルデータとして公開した場合には、それらが不特定多数の人の目にふれる可能性が高い。このことは、写真に写った人の、w:肖像権を侵害する恐れがあるため、写真を公開するときにはごく注意し、相手の確認を求めるなどの対策を取ることが望ましい。情報機器を活用した表現方法ここまでで様々なデータをデジタルデータとして用いる方法について説明して来た。ここまでで知った情報機具などを用いて、何らかのプレゼンテーションなどを行なうことがここでの課題である。 - 課題デジタルカメラ、スキャナなどの機具を用いてプレゼン資料を作成し、実際にプレゼンテーションを行なう。情報通信ネットワークとコミュニケーションここでは、情報通信ネットワークの性質とそのしくみについて扱う。情報通信ネットワークの仕組み高等学校情報A、高等学校情報Bでは、情報通信ネットワークの重要性や問題点について学んだ。ここでは、情報通信ネットワークがどのような仕組みで動いているかを説明する。情報通信を行なうには、何らかの機具を用いて複数のコンピュータを接続する必要がある。これらを総称して、 w:通信機器と呼ぶ。代表的な例として、w:モデム、w:ADSLモデム、w:イーサネットカードなどがあげられる。これらの機器はそれぞれ異なった原理で他のコンピュータに情報を伝達する。ここまでで、コンピュータ間で情報伝達を行なう物理的方法について述べて来た。ここからは、各コンピュータ間でデジタルデータが伝達できるものとして、それを用いてより安定した手法で通信を行なうためにはどのような手法を用いるかについてまとめる。まず、複数のコンピュータと通信するために、各コンピュータにそれらを識別するための番号をつける必要がある。また、個々のコンピュータにつけた番号に加えて、コンピュータをネットワークにつないだときにだけ、コンピュータに与えられる番号を用意することが望ましい。これは、例えばあるコンピュータを一旦ネットワークから切り離して、別の組織に属するネットワークに接続しなおしたとき、そのコンピュータがその時点では移された側の組織からネットワークに接続していることを、明確にしておくことがそのコンピュータの場所を見つけ出す上で望ましいからである。現在用いられているw:インターネットは、このような手法を用いてそれぞれのコンピュータを管理している。まず、各々のコンピュータが持っている数値をw:MACアドレスと呼ぶ。この数値は、実際にはコンピュータではなく、コンピュータの通信機器が持っている数値である。複数の通信機器を持っているコンピュータは複数のMACアドレスを持っていることになる。次に、各々の組織に与えられ、コンピュータを接続する時に個々のコンピュータに与えられる番号を、w:IPアドレスと呼ぶ。IPアドレスを個々の組織ごとに与えることは、ある1群のIPアドレスが常にある機関に属することを保証することで、情報通信を簡単にする働きがある。また、あるIPアドレスを持ったコンピュータに対して、より安定した方法で情報の伝達を行ないたいことがある。例えば、通信機器としてモデムを用いたときには、何らかの理由で送った波形が乱され、正しい情報が伝わらないことがある。このような場合、何らかの手法で発信元にその旨を伝達し、失われた情報を再送してもらうことが望ましい。このような規格として、現在ではw:TCPと呼ばれる手法が用いられている。 TCPはかなり複雑な手法であるので、ここでは詳しくは述べない。ここまでで情報通信を行なう手法としてTCP、IPなどの手法を述べて来た。これらをまとめてw:TCP/IPと呼び、この名称はインターネットで用いられるw:プロトコルとして有名である。ここで、プロトコルとは、情報通信を行なう形式のことを総称する場合に用いられる用語であり、英語の名詞protocol'手順、規約'から来ている。ここからは、情報通信における個人認証や暗号化の重要性について述べる。インターネットを利用するときなどには、重要な個人情報をネット上に流す必要がある場面がある。例えば、飛行機の予約やインターネットバンキングを用いる時には、利用者が代金を支払う方法を指定しておく必要があり、そのために、利用者が誰であるかを知っておく必要がある。デジタルデータは、その性質上複製が容易であるため、これらのデータを丁寧に扱わないと、相手に伝達する途中に他人に読み取られる恐れがある。このため、例えその内容を見られたとしても、容易には内容を解読されない仕組みを用意することが望ましい。このような仕組みとして、w:暗号を用いる方法がある。具体的には、送信するデータを暗号化し、送った先で再び元の内容に戻すという手法である。暗号化の手法にはいくつかの有力な方法が知られている。このうちの多くの手法では、利用者にw:パスワードの入力を求め、そのパスワードに何らかの変換を施した結果が、対応するデータに記録されている結果と一致しているかどうかで、暗号を読むことが許可されているかどうかを見る。そのため、暗号を用いるときには、簡単かつ推測されにくいパスワードを作成することが重要である。パスワードは、ネットワークを挟んで相手が求めている人であるかを決めるためにも用いられる。このような作業を個人w:認証と呼ぶ。このようなパスワードはネットワーク中に送信される前に暗号化されることが望ましい。情報通信の効率的な方法ここでは、情報の通信速度の単位や得られた情報の誤りを検出する方法、また情報の圧縮について簡単にまとめる。情報通信速度とは、単位時間あたりにどれだけの情報を伝達できるかを表わす値である。単位としては、 w:bpsを用いる。これは、 bit per second 'ビット毎秒'の略である。ここで、w:ビットとは、 2通りの情報を表わす量である。2通りの情報とは、0と1で表わされる情報のことであるので、例えば1bpsは、1秒あたりに1つの0か1を伝達できるということを表わしている。コンピュータ間の情報伝達は、 0か1の信号を伝達することで行なわれるので、この単位は、情報伝達の速度を表わす単位としての役割を果たす。次に、情報伝達によって得られた情報が正しいかどうかを検出する方法について述べる。情報伝達ネットワークを通して得られた情報は、伝達の過程で変化してしまうことがある。これは、伝達される信号が電気信号であり、外部的な要因から影響を受けることがあることから、避けられないことといえる。伝達された情報が間違ったものとなってしまうことは望ましくないことであり、何らかの方法でこれらを検出する方法が必要となる。実際には情報が誤ったものであることを検出する多くの方法が存在し、w:誤り検出の方法と呼ばれている。ここでは、そのうちの簡単なものである、w:パリティビットの方法についてまとめる。パリティビットとは、送信する情報の中の0または1の数を、常に偶数、または奇数に保つように、送信するデータに1ビットのデータを加える手法である。仮に、送信された情報に1ビット分の誤りが現われたときには、これは、元々が偶数であったなら奇数となり、奇数であったなら偶数となることから、何らかの誤りが生じたことが検出されるのである。この手法は簡単だが、2つ以上の誤りが生じたときには誤りが起こったことを検出できないことがあることに難点がある。より高度な誤り検出手法としては、w:CRCがあげられるが、この手法の説明にはかなり高度な数学を要するので、ここでは扱わない。最後に、情報の圧縮手法についてまとめる。情報の圧縮とは、情報が持つ内容を変化させないで、情報の大きさを減らす手法である。ここでは、簡単な情報圧縮の手法であるw:ランレングス法(w:en:Run-length encoding)についてまとめる。ランレングス法とは、同じ値が長く続いているときに、それをその値と値の数に置き換える手法である。例えば、aaaaabbbbbcccccというデータがあったとする。このとき、データの数に注目して、 a5b5c5とまとめたとしても、データの指す内容は変わらない。これによってデータの大きさを減らすことができたわけである。ランレングス法はわかりやすいが、同じ値がくり返されるような情報に対してしか効果が得られない。より一般的な圧縮法についてはw:圧縮などを参照。ただし、これらの内容は高度な内容である。コミュニケーションにおける情報通信ネットワークの活用ここでは、実際にインターネットを利用して、コミュニケーションを行なう手法について述べる。インターネットを通じて提供されるサービスの主要なものとして、w:ワールドワイドウェブ(WWW)、 w:電子メールがあげられる。これらは、インターネットを通じて用いられることから、どちらもTCP/IPをプロトコルとして用いている。しかし、これらの手法は、TCP/IPに加えて、 WWWではw:HTTP、電子メールはw:SMTP、w:POP3などのプロトコルを用いている。実際にはプロトコルは階層構造になっており、HTTPなどのプロトコルは、TCP/IPのプロトコルを使用することを前堤とした上で、定義される手法である。具体的には、HTTPは、TCP/IPを用いて接続の相手を確立した後、実際に伝達される情報などを定めている。例えば、Webページを送ってほしい時には、クライアントは GET / HTTP/1.0 という情報をサーバに送信する必要がある。このように、実際に情報を受け渡すときに、どのような指令を送るかを定めたのがHTTPプロトコルである。 TCP/IPは、情報を間違いなく送信する部分と、送信先のコンピュータの位置を探す部分を担当しており、どのような情報が送信されているかには関係していないことに注意が必要である。プロトコルにおける階層構造のより詳しい説明については、w:OSI参照モデルなどを参照。ここまでで、WWWと電子メールがそれぞれのプロトコルに従って情報伝達を行なうことについて述べた。プロトコルに従うためには、これらのプロトコルに従って情報を発信するソフトウェアを手に入れることが望ましい。具体的にはこれらのソフトウェアは、WWWに対しては、w:Webブラウザ、電子メールに対しては、w:メーラ、w:MUAなどと呼ばれる。実際にはプロトコルを扱うだけでなく、読みこんだ情報を表示したり、メールを整理したりするための機能も追加されるため、これらのソフトウェアは高度なものとなりやすい。オープンソースのWebブラウザには、有名なものとしてw:Firefoxがあげられる。また、メーラとしてはw:Thunderbird、w:Evolutionが有名である。ここでは、Firefoxと、Thunderbirdを用いて、その使用法について簡単にまとめる。ここではこれらは既に導入されているものとする。導入の情報については、後述の付録を参照。 Firefoxを起動すると、ホームに登録されているWebページが表示される。実際にはこのWebページを取得するために既に、HTTPプロトコルを用いた情報伝達がなされていることに注意。与えられたw:URLに存在する情報を取得するには、上方にあるバー内に、対応するURLを書きこめばよい。例えば、 http://en.wikibooks.org/wiki/Main_Page などを試してみよ。これによって、対応するコンピュータにHTTPプロトコルを用いた情報が送信される。ここで、相手方のコンピュータを指定するには本来IPアドレスを指定する必要があったことに注意が必要である。上では人間にも読める文字列を用いたので、これをIPアドレスに変換する機構が存在することになる。この様な機構を'名前解決'と呼び、これを行なうサーバをw:DNSサーバと呼ぶ。ここまででHTTPプロトコルを用いて情報を取得する方法について学んだ。実際には、ブラウザには他にも機能が存在する。例えば、既に訪れたWebページを記録しておく機能や、よく閲覧するWebページを登録しておく機能などがある。それ以外にもブラウザには、w:HTMLやw:JavaScriptを解釈するなど多くの機能があるが、ここでは詳しくは扱わない。Firefoxなどを参照。ここからは、Thunderbirdについて解説する。Thunderbirdはメールの送信と受信を行なうことが出来るが、実際にメールの配信を行なうのは、メールサーバと呼ばれるプログラムであり、Thunderbird自体はその機能を持ってはいない。実際にThunderbirdが行なっているのは、メールサーバが受け取ったメールをクライアントのコンピュータまで取り寄せる作業や、クライアントが送信したいメールをメールサーバに送り届ける作業である。これらの作業にはそれぞれPOP3プロトコルとSMTPプロトコルが対応しており、それぞれのプロトコルに対応するメールサーバの名称(もしくはIPアドレス)をThunderbirdに与えておく必要がある。ここではそのような作業が既に行なわれているものとする。 Thunderbirdには、文章を作成する機能も含まれており、それを用いて送信する文章を作成することが出来る。文章の作成が終わったら、送信先のw:メールアドレスを入力する。メールアドレスの整理にアドレス帳という機能を用いることもできるが、ここでは扱わない。メールアドレスの入力が終わったら、メールの送信を行なう。メールの送信はSMTPプロトコルを通じて行なわれる。Thunderbirdは、入力された文章とメールアドレスを用いて、プロトコルに従った情報を作成し、指定されたメールサーバに送信したいデータがあることを知らせる。このとき、SMTPサーバは認証を行なうよう求める。これもSMTPプロトコルによって定められた手順である。認証には自分のIDと、パスワードが必要である。IDとパスワードも正しい形式と順番で送信しないとメールサーバは応答しない。しかし、その作業はThunderbirdが代行するので、単にIDとパスワードの欄に与えられた情報を書きこめばよい。パスワードが正しいときには、サーバは送信したい情報を送信するよう促すので、Thunderbirdは、これを送信する。これでSMTPプロトコルを用いたメール送信は完了である。自分に来たメールを閲覧するときにもほぼ同じ手順が用いられる。POP3プロトコルは、認証を行ない、それが成功すると、対応するIDに送信されたメールをクライアントに向けて送信する。これを受信することがThunderbirdの行なう作業である。他にも、メーラには送られて来たメールがHTML等で書かれていたときにそれを正しく表示するなどの機能が含まれている。詳しくはThunderbirdなどを参照。情報の収集・発信と個人の責任ここでは、情報発信に伴う責任についてまとめる。また、収集した情報を表計算ソフトウェアを用いて分析する手法についても扱う。情報の公開・保護と個人の責任今日では情報機器を用いることで、個人が広く情報を発信することが可能になって来た。しかし、情報を発信することが簡単になったとはいえ、発信には多くの責任が伴うことを忘れてはならない。間違った情報や不正確な情報は、社会を混乱させることがあり得るからである。ここでは、情報発信に伴う責任について簡単にまとめる。まず最初に、情報の中にはそれを秘密にすることが要求されるものがあることに注意する必要がある。例えば、クレジットカードの暗証番号などに代表される、パスワードに類するものは、その最たる例である。しかし、それ以外にも道義的にもw:法的にもそれを出来る限り秘密にすることが当然とみなされるものもある。例えば、ある人の名前、年令、職業などの情報はw:個人情報と呼ばれ、不特定多数の他人に知られないように出来ることが求められる。これは、自分の情報を自分でコントロールできることが個人の権利であるという考え方から来ている。このような権利を、w:プライバシーの権利という。このような情報を発信したいと思うときには、必ず相手の意思を確認し、また必要がない限り個人情報の発信は避けるようにするのがよい。また、他人の著作物をデジタルデータの形で手に入れたときに、これを公開することは著作物の作者のw:著作権を侵害する。著作権は著作物の作者に対して与えられる権利であり、著作物が不特定多数の人間の手にわたらないようにすることが出来る権利である。この権利は著作物に対しては常に存在するため、他人の著作物を公開することは権利の侵害とみなされ、w:犯罪となる。そのため、他人の著作物は絶対に公開してはならない。また、このような情報以外でも、みだりに不正確な情報や虚偽の情報を発信することは、他人の迷惑となる意味でも、自身の信用を失わないためにも、避けた方がよい。また、特に正確かどうかが定まらない情報の中でも、より偏ったものの見方をする情報を公開することも、自身の信用を失うことから避ける方がよい。例えば、自分の友人の性格や容貌などに対して、一面的な見方で評価を行なうことは、他人との軋轢を引き起こすことから避けた方がよいだろう。ただし、他人に対して一切の評価を行なわないことは現実的ではないので、どの程度の情報発信を許すかは各々の場合による。実際にはお互いの間で話し合いを行ない、どの程度までが許容される範囲であるかを定めるのがよいだろう。ただし、ネットワーク上のコミュニケーションでは、文字以外の情報を伝達することが困難であるため、より慎重に言葉を選んでコミュニケーションを行なわないと、いさかいにつながると予想されることが近年の事件から知られるようになって来ている。このため、ネットワーク上でのコミュニケーションは慎重に行ない、判断に迷ったら出来る限り安全な方を選ぶ方が無難といえる。情報通信ネットワークを活用した情報の収集・発信ここでは、情報ネットワークを用いて、自分が探したい情報を求める方法について述べる。更に、表計算ソフトウェアを用いて、得られた情報を分析する手法についても学習する。情報化の進展と社会への影響ここでは、社会で実際に用いられている情報システムについて扱う。また、情報化社会の発展に伴い、どのようなシステムが必要となるかについて議論する。社会で利用されている情報システムここでは、実際に用いられている情報システムをいくつか選び、その概略についてまとめる。まず最初に、w:POSシステムについて扱う。POSシステムとは、小売り店などで販売された商品について、売れた商品の種類、価格、時間、客層などのデータを集め、売れ筋の商品、死に筋の商品を把握するためのシステムである。これらのシステムはコンビニエンスストアなどで用いられていることで有名であり、限られた売場面積しか持たないコンビニエンスストアで、より売れる商品と品数を把握する上で、大きな役割を果たしている。 POSシステムは、店で扱うそれぞれの商品のデータベースを作成し、どの店でどれだけの商品が販売されたかを把握することを目的とする。実際には、どの店でどの商品が売れたかを調べるために、商品のバーコードなどを元に、売れた商品の種類をデジタルデータとし、取り入れたデータを扱うコンピュータによって、売買の日時や店の位置などとまとめて、売り上げを扱うデータベースとする。作成したデータベースは、そのまま販売した店で使用することも出来るが、実際には情報通信ネットワークを通じて、いくつかの店からの情報を中心となるコンピュータに収集する場合が多い。この時、集められたデータは売れ行きがよい商品とそうでない商品を見出すために用いられる。このシステムの利点は、本来様々な連絡をくり返さないと集められないはずの商品データを、半自動的に1か所に収集できることにある。これによって、より正確に消費者のw:ニーズをとらえた、商品の注文、開発を行なうことが出来る。情報システムとしてのPOSシステムは、w:データベースや情報通信ネットワークを用いて作成する。データベースについては高等学校情報Bなどを参照。実際にPOSシステムを作成するときには、データベースの速度性能や、データベース内に貯えることが出来るデータの量などに厳しい制限があることが多いため、要求通りに動くPOSシステムを作成することはそれほど簡単な作業ではない。また、実際にデータベースを用いるときには、商用の高性能なデータベースソフトウェアを用いることが多いため、費用の面でもそれほど安価にはならないことが普通である。そのためこれらのプログラムの作成作業は、専門のITベンダが代行することが普通である。次に、WWWを用いた、ショッピングシステムについて扱う。WWWはw:ワールドワイドウェブの略であり、HTTPプロトコルを用いて、情報の検索などを行なうサービスの事を指す。ショッピングシステムとは、特にブラウザを用いて商品の画像などを頼りに買い物を行なうことができるようにすることを目的としている。代金の支払いには、クレジットカードなどを用いることが多い。ショッピングサイトの非常に有名な例として http://www.amazon.co.jp があげられるが、現在では大手の小売り店の多くが、このようなサービスを行なっている。ショッピングシステムの導入には、多くの技術が必要となる。まず最初に、利用者の希望に応じて扱う情報を変化させる手法について述べる。ショッピングサイトの作成には、商品のデータを商品の画像も含めて、データベース化することが必要である。サイト側は各々のデータを利用者の希望に応じて引き出し、対応するページを表示することが必要となる。また、利用者が探しているものの名前が既にわかっている場合には、サーバ側は商品の中から対応する名前の商品を検索し、クライアントに提示できることが望ましい。特に検索を行なうためには、サーバ側はブラウザ側から受け取った情報を元にして、情報の検索を行なう必要があることがわかる。実際、サーバと連係して働き、データの検索などのサーバが提供しない機能を提供するソフトウェアが存在する。ソフトウェアが存在する。例えば、w:CGI、w:PHP、w:JSP等の技術がこの例である。このようなプログラムに対して、サーバはクライアントから受け取った情報を提供する。受け取ったプログラムは、受け取ったデータに対して所定の動作を行ない、その結果をサーバに戻す。結果を受け取ったサーバは、それを用いて、クライアントのブラウザに送信するための情報を生成し、それをクライアントに送信する。このような一連の動作によって、クライアントは自分が欲しい情報を、的確に得ることができるのである。このようにサーバ側のプログラムによって生成されたページを、'動的に生成'されたページと呼ぶ。一方、常に変化しない情報を扱うページを、 '静的に生成'されたページと呼ぶことがある。ここまでで利用者の希望に応じて扱う情報を変化させる手法について述べた。ここからは、利用者のw:認証を扱う方法について述べる。 HTTPプロトコルは、クライアント側からの送信とサーバ側からの返信をくり返すことを定めたプロトコルである。ここで、クライアントから送信できる情報には、ページの場所以外に、サーバに与えたいw:変数を送信することも許可されている。そのため、この情報を用いて、あるページを利用した利用者が、サイト内の別のページを利用した利用者であることを知ることが出来る。例えば、ある商品を購入することを決めた利用者が、実際に購入の手続きを行なうためのページを訪れたものとする。この時、ある商品の購入を決めて、購入の予約をしたときに限って送信される変数を見ることで、その人が確かに商品を購入する予定の人であることがわかる。このように、ページの利用者がどの利用者であるかを知るための手法をw:認証と呼ぶ。上の方法は、利用者が一旦他のサイトを利用してから戻って来た場合には使用できないという欠点がある。現在多く用いられている方法では、認証を行なうためにw:クッキー(w:Cookie)を用いる。クッキーは、サーバ側からクライアント側に送信され、クライアント側がコンピュータ上に保存するよう定められている小さいデータである。ブラウザは対応するクッキーを送って来たサーバにアクセスするときには常に、クッキーを送信するよう定められている。このことによって、例え他のサイトを経由してからアクセスしたとしても、その人が確かに対応する利用者であることが知られるのである。クッキーはショッピングサイト以外でもログイン、ログアウトを用いるサイトではよく用いられる。例えば、w:MediaWikiは、認証にクッキーを用いるソフトウェアの例である。最後に、我々が普段用いているパーソナルコンピュータについてより詳しく述べる。これらのコンピュータはw:サーバ用途のコンピュータと比較して、 w:クライアント向けコンピュータと呼ばれることがある。我々が用いているコンピュータは、w:CPU、w:メモリ、w:ビデオカードなどから構成されている。適切なプログラムを用いることで、我々はCPUを自由に扱うことが出来る。しかし、これらの命令は電気信号であるので、我々が実際に送られている命令を読み取ることは容易ではない。そのため、CPUに対する命令を送るための機具として、w:キーボードやw:マウスなどの機具が用いられるようになった。これらがCPUに送る命令に対して、我々が望む通りの動作を起こさせるプログラムが実際に作成されており、このようなソフトウェアをw:OSと呼ぶ。我々が用いているコンピュータには既にOSがインストールされているものが多い。しかし、OSがインストールされずに販売されているコンピュータも少数ながら存在し、それらのコンピュータを用いるときには、まず最初にOSを導入することが普通である。よく用いられるOSとして、w:Windows、w:Mac OS、w:Linuxがある。ここでは、主にLinuxを例に取って説明する。これは、Linuxの w:ソースコードが公開されており、ソフトウェアの学習に用いることができることと、Linuxが基本的に無料であり、極めて高性能であることによる。コンピュータを起動するとき、Linuxは、コンピュータに接続されている機器について調べ、それらを正常に用いることが出来ることを確認する。この手順が正常に終了すると、Linuxは利用者に対して、利用者が実際に行ないたい作業をコンピュータに与えるように促す。最も簡単なシステムでは、w:シェルという1群のソフトウェアがこの目的で用いられる。シェルは、コンピュータに既にインストールされているソフトウェアに関する情報を貯えており、それらの起動、複写、削除などを行なうための基本的な機能を備えている。シェルは、キーボードから与えられた文字列を適切なルールで解釈することで、利用者からの命令を受け取っている。文字列で与えられた命令を解釈するためのプログラムは、w:パーサ(字句解析器)と呼ばれ、高度な計算機技術の例として知られている。詳しくは、計算機科学などを参照。一方、現在のビデオカードを用いると画面に描かれる内容を自由に制御することが出来るため、実行したい命令のそれぞれをw:アイコンを用いて映像化し、それらをw:マウスでw:クリックすることで、対応する命令を実行するという情報伝達の手法が研究された。これらの手法を、w:GUI(Graphical User Interface)と呼ぶ。GUIは、現在のクライアント向けコンピュータでは標準的に用いられており、初心者でもコンピュータを操作することが容易になる手法として知られている。 Linuxでは、w:X Window Systemと呼ばれるソフトウェアを用いて、GUIを実現することが多い。X window は、OSとは異なるものの、キーボードやマウス、ビデオカードを扱って入力の受け付けと画面への表示などを扱うソフトウェアである。実際にビデオカードを用いる時には、 X windowは、画面を細かい点の集まり(w:ピクセルと呼ぶ)として把握し、それらのピクセルに対応する情報をビデオカードに送るよう、CPUに命令する。表示する情報を上手く作ることで、ウィンドウ、アイコンなどの絵を描くことができる。これらのアイコンに対して、実行したい命令を当てはめることで、コンピュータの動作を制御できるわけである。実際にはアイコンを用いて、コンピュータを操作するために必要十分な情報を提供することが重要である。このような一群のソフトウェアを w:デスクトップマネージャと呼ぶ。ここではそれらの詳細には立ち入らないが、w:GNOME、w:KDEの両者が有名である。特に、一般業務でよく用いられる機能を実現したソフトウェアを、w:アプリケーションと呼ぶ。これらは、シェルを用いて起動する事も出来るが、 GUIを用いて起動できるようにもなっていることが普通である。主要なアプリケーションとしては、Webブラウザ、メーラ、ワードプロセッサ、表計算ソフトウェア、プレゼンテーションソフトウェアなどがあげられる。これらのソフトウェアは多くの場合GUIを用いて利用者との情報伝達を行なうため、 X window システムを起動した上で、用いられることが多い。 Linuxで用いられるアプリケーションとしては、ブラウザとしてはw:Firefox、メーラとしてはw:Thunderbird、それ以外にワードプロセッサ、表計算ソフトウェア、プレゼンテーションソフトウェアとして、w:OpenOfficeが有名である。これらのソフトウェアはどれもw:オープンソースの手法で開発されており、無料で手に入れることが出来、どれも非常に高機能であることが知られている。情報化が社会に及ぼす影響情報システムはこれまでにも多く作成され、我々の生活の様子を変えて来た。これからも様々な情報システムが構築され、我々の生活に変革を迫っていくことが予想される。我々はこれらのシステムのあり方に興味を持ち、これらのあり方について考えることが求められるのである。 - 課題情報化が社会にもたらす影響について、情報通信ネットワークを用いて調べ、それについて考察せよ。
null	null	高等学校情報/情報の科学/論理回路と半導体 - ※ ANDやORの概念については、『高等学校情報社会と情報/検索』を参照せよ。 - ※ 普通科で習うのは、AND,OR,NOTの論理回路と、半加算器について、である。はじめに - （※ ダイオードとトランジスタによる論理計算については、普通科の範囲外）ダイオードという半導体素子を用いた回路により、物理的にANDやORの処理を実行できる。結論を先に示すと、である。説明の都合上、ダイオード回路で説明するが、実際の半導体ではMOS半導体で論理素子を実装している。しかし、このMOS半導体による説明はやや複雑なので、初学者にむけて、まずダイオードで原理を説明する[1]。 - ^ たとえば淺川毅『コンピュータ工学の基礎』、東京電機大学出版局、2018年9月10日第1版第1刷発行、90ページなど、でも、ダイオード回路によって論理回路の原理を説明している。では、まずダイオードについて、学んでいこう。ダイオード - （※ 普通科の物理IIでも習う。物理のほうでも、ダイオードやトランジスタなどでデジタル波形を作っていることを言及している（※ 数研出版の検定教科書などに記載あり）。） p型半導体とn型半導体を接合し(pn接合)た物体が、一方向のみに電流を流す。このような部品をダイオード（diode）という。 p側に正電圧を掛け、n側に負電圧を掛けた時、電流が流れる。いっぽう、p側に負電圧を描け、n側に正電圧を掛けても、電流が流れない。回路において、ダイオードが電流を流す向きを順方向（じゅんほうこう）という。順方向とは反対向きを逆方向という。ダイオードの逆方向には、電流は流れない。このように一方向に流れる仕組みは、ダイオードでは、つぎのような仕組みで、電流が流れるからである。 - p側に正電圧を掛け、n側に負電圧を掛けた時ダイオードのp側に正電圧をかけ、いっぽうn側に負電圧をかけると、p側では正電極の正電圧からホールが反発して接合面へと向かい、いっぽうn側では電子が負電極から反発して接合面へと向かう。そして、接合面で、ホールと電子がであい、消滅する。この結果、見掛け上、正電荷が、正電極から負電極に移動したのと、同等の結果になる。そして、正電極から、つぎつぎとホールが供給されるので、電流が流れ続ける。 - p側に負電圧を描け、n側に正電圧を掛けた時いっぽう、p側に負電圧を描け、n側に正電圧を掛けた時、p側ではホールは電極（電極には負電圧が掛かってる）に引き寄せられ、接合面からは遠ざかる。同様にn側では電子が電極（正電圧が掛かってる）に引き寄せられ、接合面からは遠ざかる。この結果、接合面には、余分なホールも余分な電子もない状態となり、よって接合面の付近にはキャリアがなく、この接合面付近のキャリアの無い部分は空乏層（くうぼうそう、depletion layer）と呼ばれる。そして、それ以降は、ホールも電子も、もうどこにも移動の余地がないので、よって電流が流れない。このようにして、ダイオードは、P側の電圧が、N側の電圧よりも高い場合にのみ、電流を流す。ダイオードによる論理計算 AND回路 - （※ 普通科の範囲外） - （※ 工業高校教科書でも科目『ハードウェア技術』にしか書いてない！）なぜ、この回路図がAND処理なのか、見ていこう。まず、図のCは論理計算「A and B」に対応する結果である。説明の簡単化のため、Aの電圧は0Vか4Vのどちらかを取るとしよう。同様に、Bの電圧は0Vか4Vのどちらかを取るとしよう。（5Vでなく4Vとしたのは、抵抗Rがあるため、電圧が少し下がるからである。べつに4.5Vでもいい。）さて、AとBの電圧の両方とも4V以上の場合にのみ、Cが4Vになる。なぜなら、 - ・もし、AとBの電圧の両方とも4V以上なら、ダイオードが導通しないので電流が流れないから、4Vがほぼそのまま出力Cに伝わる。（抵抗Rでの電圧降下はあるが、充分に無視できるように、回路を設計してあるとする。） - ・一方、もし、Aが0Vなら、ダイオードD1が導通する。このとき、オームの法則により、抵抗Rで電圧が5Vぶん低下するので、Cの電圧も0Vになる。よって、Bの電圧が0Vだろうが4Vだろうが、もはやCの電圧は0Vである。これらの結果を表にまとめると、4Vを「H」として、0Vを「L」とすれば、となる。一方、論理計算 A and B とは、という計算である。AとB が両方とも「真」の場合だけ（つまり英文でいうなら Both A and B の場合）、出力が「真」になるので、AND計算というのである。「真」をHに対応させ、「偽」をLに対応させれば、表から分かるように、図の電気回路は、A and B の計算結果と同じである。よって、ダイオードを用いた回路で、A and B を計算できる。また、この回路図のように、論理計算のAND計算をできる回路のことをAND回路という。さて、コンピュータのデジタル信号では、0と1で処理をするのであった。（右図を参照せよ。）信号処理のため、ダイオードによるORゲートについて、Hを1に置き換え、Lを0に置き換える。これが、0と1からなる数値によってデジタル信号を扱う場合の、AND計算の結果である。ダイオード回路図を毎回、作図するのは手間なので、下記のような記号を使うべきとされる。このような記号を論理記号（ろんりきごう、logic symbol）という。 - 論理回路 AND 。入力00の場合。 - 論理回路 AND 。入力01の場合。なお、AND回路の回路図中に抵抗器Rをつける理由は、電圧降下の他にも、ダイオードに、一定以上の大きさの電流が流れ過ぎるとダイオードが壊れるので、電流が流れ過ぎないようにさせるためという役目もある。なので、このような（半導体部品などの）保護の目的のための抵抗器を「保護抵抗」などと言う場合もある。しかも、ダイオードやトランジスタなどの半導体部品は、たいてい、導通したさいの抵抗値が低い（ダイオードの抵抗値は、ほぼ 0Ω である）ので、保護抵抗をつけてないと、すぐに故障してしまう。 AND回路にかぎらず、一般にダイオードやトランジスタなどの半導体部品をもちいた回路では、半導体部品に一定以上の大きさの電流が流れると故障するので、適切な抵抗値の抵抗器をつける事で、半導体部品を保護する必要がある。後述するOR回路でも、抵抗器は同様に、半導体部品に大電流が流れ過ぎないように保護している。 OR回路電圧は、となる。（Hは電圧が高い状態。Lは電圧が低い状態。）これに、Hを論理計算の「真」に対応され、Lを「偽」に対応させれば、となる。A か B の少なくともどちらかが「真」であれば（つまり英文でいうなら A or B の場合）、出力が「真」になるので、OR算というのである。なお、AとBが両方とも「真」であっても、少なくとも片方が「真」である事にかわりはないので、AとBが両方とも「真」の場合にも A or B は「真」になる。表から分かるように、図の電気回路を真偽に置き換えた結果Cは、A or B の計算結果と同じである。よって、ダイオードを用いた回路で、A or B を計算できる。また、この回路図のように、論理計算のOR計算をできる回路のことをOR回路という。さて、コンピュータのデジタル信号では、0と1で処理をするのであった。（右図を参照せよ。）信号処理のため、ダイオードによるORゲートについて、Hを1に置き換え、Lを0に置き換える。これが、0と1からなる数値によってデジタル信号を扱う場合の、OR計算の結果である。 NOT回路 NOT回路とは、出力に、入力とは反対の結果を出す回路のことである。つまり、のような結果を出す回路である。デジタル信号の 0 , 1 で表記すれば、NOT回路の計算は、次表になる。次の図のように、トランジスタという素子を使って、NOT計算が可能である。論理記号 - （※ 普通科高校でも習う。普通科の範囲内。）コンピュータの論理回路は、原理的には、下記のAND回路、OR回路、NOT回路の3つだけの組み合わせで、さまざまな論理を表すことができる。 - （※ ただし実際の電子回路は実装上の都合で少し違うが、普通科高校の範囲を超えるので省略する。） ANDを「論理積」、ORを「論理和」、NOTを「否定」ともいう。 AND回路の論理記号ダイオード回路図を毎回、作図するのは手間なので、下記のような記号を使うべきとされる。 AND回路の記号は、下図のようになる。このような記号を論理記号（ろんりきごう、logic symbol）という。 - 論理回路 AND 。入力00の場合。 - 論理回路 AND 。入力01の場合。 - 論理回路 AND 。入力10の場合。 - 論理回路 AND 。入力11の場合。 OR回路の論理記号 OR回路の論理記号は、下図のようになる。 - 論理回路 OR 。入力00の場合。 - 論理回路 OR 。入力01の場合。 - 論理回路 OR 。入力10の場合。 - 論理回路 OR 。入力11の場合。 NOT回路の論理記号 NOTの論理回路の論理記号は、次のようになる。 - NOT論理回路。入力＝0 の場合。 - NOT論理回路。入力＝1 の場合。 2進数の計算まず、2進数の1桁どうしの足し算の結果は、次のようになる。答えの十の位が1になる場合とは（つまり、くりあがりが起きる場合とは）、入力AとBが両方とも1の場合である。つまり、くりあがり（carry）の有無を、AND回路を使って書ける。この論理回路を半加算器（はんかさんき、half adder）という。図中「C」は、2桁目の数字である。・図中「S」は、1桁目の数字である。（なお、sum(和)に由来する。）真理値表で、確認しよう。まず、加算の真理値表は、次のようになる。いっぽう、半加算器の回路図で、入力と出力は、図のようになる。入力が1と0の場合も、同様に作図できる。加算の真理値表と、半加算器の計算結果を比べると、一致している。 - （※ 全加算器については、普通科高校の範囲外。） 2桁以上の2進数の足し算には、全加算器（ぜんかさんき、full adder）を使う。全加算器の説明については、省略する。引き算コンピュータによる減算（引き算）の方法については、単元『高等学校情報/情報の科学/負数と小数のデジタル表現』で説明する。コンピュータでは、負数を扱うとき、普通は「補数」（ほすう）と言う技術を使う。じつは「半減算器」という回路も知られているが、しかし普通はコンピュータのマイナスの処理では「半減算器」の回路を使わずに、代わりに「補数」と「加算器」の組み合わせを使うのが普通である。くわしくは上記のリンク先の単元で説明する。 NAND NANDとは、NOT AND のことであり、ANDゲートの出力にNOTゲートをつけたものである。 ※ 実教および第一学習社の「情報I」で掲載を確認。論理回路は、左図の通り。さて、NANDを組み合わせるだけで、ANDやORやNOTを作れる。この事は、集積回路をつくる場合、とても重要である。なぜなら、同じパターンの繰り返しで、論理計算を一通り作れるので、集積度を向上させやすいから、である。なお、NAND回路を物理的に実現するための部品には、CMOS（シーモス）という電子デバイスを使う。このほか、NORゲートや、XORゲートがある。 ※ 日本文教出版がNORを紹介。（wikiでは図は省略する。検定教科書でも図は無い。） XORは「排他的論理和」ともいう。XORの読みはエックスオアで良い（※第一の見解）。 ※ 範囲外: デジタル信号の実現手段は多値論理コンピュータでは「0」と「1」の2とおりの数の組み合わせで計算する。しかし、電子部品では、そうではない。たとえばCD（コンパクトディスク）を考えてみよう。CDのモーターの回転速度が、ある瞬間、ほんの0.01％だけ遅くなったとしよう。もし、「110001111」みたいに2値信号だけで情報を送信している場合、もし「000」のときにモーターなどの回転が遅くなったとして、「0」状態の滞在時間が長くなってしまい「110000001111」みたいになってしまったら、どうやって訂正するのだろうか？こういう場合の対策として、信号を2通りではなく、3通り以上で送信するという方法が有効だろう。（実際のCDやDVDが下記の仕組みかどうかは、残念ながら知らない。）つまり、例えば - 「信号なし」 → 「A」 - 信号値の低い状態（「0」的）に対応する信号 → B - 信号値の高い状態（「1」的）に対応する信号 → C とする。すると、さきほどの「110001111」は - まず「1A1A0A0A0A1A1A1A1A」と途中変換されて、 - さらに「0」→Bとして「1」→Cと変換すれば、 - 「CACABABABACACACACA」と変換される。人間が読みやすくすため、「CA CA BA BA BA CA CA CA CA」と書くことにしよう。すると、もし一時的にモーターなどの回転が遅くなったりしても、「CA CA BA BA BA AAAAA CA CA CA CA」と書くことにしよう。のように、意味をもたない信号が入ったりするだけなので、これを「1」や「0」と区別できる。あるいは、もし、「CA CA BA BA BBBBA CA CA CA CA」のようになっても、「BBBBA」を「BA」に訂正すればいい。もし、「BかCのひとつの信号の代わりには必ずAが来る」と決めておけば、さきほどの例のように「BBBB」と続く場合は速度低下が起きていると検出できる。このように、3通り以上の値を使って信号を送信するという方法が、速度変化による誤検出を防ぐ方法のひとつとして有効である。例としてCDをあげたが、おそらく半導体なども似たような仕組みだろう。CPUの周波数だって、ほんの0.00001％くらい、温度や使用年数などによって微妙にズレる可能性があるだろう。なお、この例であげた信号「A」のように、信号のひくい状態と区別して、「信号そのもののない状態」を表現する値のことを工学用語で「ヌル値」（ヌルち、null value）などという。われわれが「0」「1」の2値論理だと思ってる信号は、正確には3値以上の信号から、ヌル値の連続などの無意味な部分を除いて、意味をもつ残りの信号を2値の信号に分類したものであろう。 - パソコンのキーボードからの文字入力についてパソコンで「aaaaaaaaaa」などと連続して同じ文字を入力するとき、OSにもよるが、よくよく時間に注目してみると、さいしょaボタンを押してから、そのままaボタンを押したままにすると、一文字だけ「a」と表示されるのが0.5秒くらいつづいてから、つづいて0.1秒に1個くらいのペースで次々と「a」が入力されていって、「aaaaaaaaaa」となったりする。いっぽう、aボタンを押してから、すぐに手を離して、またすぐにaを押すと、0.5秒ほどの待機時間は無く、次の「a」が入力され、「aa」のようになる。このような文字入力の仕組みでも、入力のない状態を仮に「\null」とすると、 - a（0.3秒） \null （aを押して0.3秒が経過した時点で、aボタンから指を離した）のように入力された場合、パソコンはこれを文字「a」の入力と判別しているわけである。また、\null の状態になった時点で、待ち時間を（0.5秒ではなく）ゼロ秒にリセットしているわけである。なので、次にまた「a」を押すと、待ち時間がゼロなので、すぐに一文字だけまた「a」が追加されるわけである。このように、入力信号が無い状態を検出することは、キーボード入力文字の検出においても重要である。
null	null	高等学校情報/情報の科学/CPUの処理の仕組み加算器が必要まず、計算機が必要である。これは、半加算器や全加算器で作れる。『高等学校情報/情報の科学/論理回路と半導体』で、半加算器の仕組みを説明した。（※ なお、リンク先の単元で、普通科範囲外の、ダイオードによるAND回路やOR回路の話題も記述しておいた。）記憶回路が必要フリップフロップ（※ 普通科の範囲外。）次に、制御のために、データを保存するのに必要なものを考えよう。パソコンでは、メモリ基板だけでなくCPUにも、データ保存のための領域がある。（メモリ基板やハードディスク）なので、まず、データを記憶できる回路をつくろう。 CPUのための記憶の回路をつくるには、フリップフロップ（flip flop）という論理回路を使う。（普通科目「情報」の範囲外。工業高校科目「ハードウェア」などで習う。）なお、フリップフロップのことを別名で「RSラッチ」または「SRラッチ」ともいう。後述のように、セット（S）とリセット（R）があるからである。なお英語でラッチとは、扉（とびら）などの掛け金（かけがね）のことである。フリップフロップでは、Qが出力である。Sは「セット」という入力である。Rは「リセット」という端子である。まず、OR記号の後ろ（図では右側）についている丸「○」は、NOT回路の略記号である。 SとRが両方とも1の場合は、フリップフロップでは禁止されている。入力の片方をセットといい、Sであらわす。入力のもう片方をリセットといい、Rであらわす。フリップフロップでは、上述の動作原理の図のように、いったん入力してしまえば、その出力がまた入力に戻ってくる仕組みなので、ひきつづき同じ出力になる。つまり、Qの値にかかわらず、R=0の場合、Qの値は保存される。よって、フリップフロップは1ビットのデータを記憶できる。 S=R=1は不定になるので使用禁止とする。フリップフロップの真理値表は、次のようになる。なお、フリップフロップによる保存には、電力は消費される。なぜなら、NOT回路のもともとのトランジスタ回路や、AND回路のもともとのダイオード回路には、電源が必要だからである。フリップフロップの種類は、RSフリップフロップの他にもJKフリップフロップやDフリップフロップなど、たくあんあるが、説明を省略する。なお、フリップフロップのほかの用途として、下記のようう用途もある。まず、スイッチなどを入れてオンにする際に、電子回路では、可動部の微細な振動によりオン・オフが何回も変動することによって電圧が変動するチャタリングという現象がある[1]。フリップフロップの他の用途としては、上述の記録保持のほかにも、フリップフロップを使うと、このチャタリングの除去が出来る。スイッチ回路などの出力側にフリップフロップ的な回路を追加すればいい。、リップフロップの仕組み上、最初にオンになったら、そのまま出力がオンになり続けるので、チャタリングでオフに戻るのを防ぐことが出来るという仕組みである。なお、クロック信号入力をつけたRSフリップフロップの回路図は、右図のようになる。レジスタさて、CPUで制御用にデータを保存するためのデバイスのことを、パソコン用語でレジスタ（register）という。なお、メモリ基板にあるデータ保存のための部分は、レジスタとは呼ばない。さて、フリップフロップを数個並べれば、これにより、その個数ぶんのビットを記憶できる。つまり、レジスタをつくるには、フリップフロップを必要な個数、並べれば良い。市販のCPUのビット数について「64ビット」や「32ビット」、「8ビット」などと紹介されるのは、なんのビット数かというと、一般にCPU内のレジスタのビット数である。つまり、我々は、レジスタの作り方の原理を理解した事になる。なおパソコンの場合、プログラミングをする際、どのようなデータをCPUのレジスタに保存するかという事は、コンパイラなど言語処理系が自動的に判断する（※詳しくは後述）。プログラマーは判断しない（C言語ではキーワード register を変数宣言に用いることでコンパイラに変数をレジスタに割り付けてほしい旨を表現できるなど、完全に判断していないわけではない）。（※ パソコン以外のマイコンとかは高校の範囲外なので説明しない。）なお、「レジスタ」の用語は、パソコンCPUに限らず、（組み込み機器などの）マイコンCPUでもほぼ同様の意味である。命令レジスタと機械語なお、パソコンで「次にどんな命令を実行するか？」（「たとえば次に○○の保存を実行する。その次に、△△のコピー作業を実行する。その次に、××を移動する。」という命令など）という作業も、記憶が必要である。例えば、命令の種類に番号をつけて、 - かりに、データの移動命令を「1」として、 - かりに、データの保存命令を「2」として、 - かりに、データのコピー命令を「3」とすれば、 - かりに、処理の終了を「99」とすれば、「たとえば次に○○の保存を実行する。その次に、△△のコピー作業を実行する。その次に、××を移動する。」という命令は、 - まず、「命令2を実行しろ。」「次に命令3を実行しろ。」「その次に命令1を実行しろ。」という命令に置き換えられる。このように、読込んだ命令を保持するためのレジスタのことを命令レジスタ(instruction register)という。命令レジスタには、「これからCPUが実行する命令1つ」が保存される。なお、「命令2 → 命令3 → 命令1」という順番で命令を実行するためには、命令レジスタとは別途、メモリ基板などの主記憶装置に「命令2」「命令3」「命令1」などの順番を記憶する必要がある。このような目的の、メモリへの命令の記憶には、たとえば、（メモリ基板などの）主記憶装置のアドレス200番に命令「2」を保存、アドレス201番に命令「3」を保存、アドレス202番に命令「1」を保存、アドレス203番に命令「99」・・・というふうにする。などのように、アドレス200〜203番に、それぞれの命令の値を保存するわけである。そして、処理1「まず、アドレス200番の命令をCPUに読み込んで、命令どおり実行しろ」という処理を行い,それから処理2「命令を実行し終わったら、次のアドレス（つまり前のアドレスに＋１した番号のアドレス）を実行しろ」という処理2を繰り返せばいいだけである。そうすれば、アドレス200番の命令から順に、次のアドレス201の命令、その次のアドレス202の命令、その次のアドレス203の命令、を実行することになる。（「200番」というのは単に説明のために仮に決めた数字である。）そして、アドレス203には終了命令が入っているから、そこで処理が終わる。このような200から順に201,202,・・・と処理の移動する動作をするためには、「現在、CPUは第何番のアドレスを実行しようとしているか？」という情報を保存するレジスタも必要であり、このような（現在実行中しようとしているアドレスを保存するための）レジスタのことをプログラムカウンタ（program counter）という。なお、上述の説明のように、プログラムカウンタは、命令を実行するたびに、＋1されて、次の命令を指すようになる。このように、命令を実行するには、命令レジスタのほかに、プログラムカウンタと主記憶装置（メモリ）などが必要である。また、命令レジスタを実行するためには、先ほどの例で、命令を保存したアドレス200〜203番のように、命令を保存したアドレスが必要である。このようなアドレスを命令アドレスという。さて、CPUが命令を処理しやすいように、命令を「1」や「2」といった数字に置き換えたものが機械語（machine language）である。（※ 上記の命令「1」や命令「2」は、説明用に、この教科書で勝手に決めた番号であるので、専門用語ではないので、暗記しなくてよい。）（※ そもそも機械語はCPUの種類によって異なるので、暗記しなくてよい。）なお、先ほどは「データの移動命令を「1」として」などと簡単に言ったが、実際には、「どこにあるデータを、どこに移動するか？」という情報が必要である。そのため、「どこのデータを扱うか？」という処理が必要である。この、「どこのデータを扱うか？」というデータも、レジスタに記憶しとけばいい。この「どこのデータを扱うか」というデータのことを、アドレス（address）という。いっぽう、「移動する」「命令する」「コピーする」などのような、アドレスのない、単なる命令の種類のことを、「命令コード」または「命令部」（operation）という。つまり、命令レジスタでは、命令部とアドレスの2つを記憶する必要がある。なお、「このパソコンのメモリ基板にあるデータを扱え」というデータも、アドレスの情報である。で、レジスタは要するに、フリップフロップである。で、もし読者のあなたが、レジスタさえ理解すれば、命令レジスタもいろいろと分かる事になるから、CPUの命令処理の仕組みも、なんとなく分かるだろう。説明の都合上、「移動命令」「保存命令」「コピー命令」などと言ったが、実際には、これらの命令は、さらに細かい「読み込み命令」や「書き込み命令」などの組み合わせである。たとえば、データの「コピー命令」とは、「まずコピー元（メモリ上などにコピー元のデータがある）のデータを読み込み、そして読み込まれたデータをコピー先に書き込む」という命令である。（読み込みをしても、読み込み元のデータは消えない。しかし、書き込み先のデータは上書きされる。）「保存命令」も、「○○に書き込んでおいたデータを読み込み、それを保存先に書き込む」という命令である。（書き込みをしても、書き込み元のデータは消えない。しかし、書き込み先のデータは上書きされる。）このように、いくつかの命令は、「読み込み」と「書き込み」という2種類の命令に帰結する。より正確には、機械語とは、読み込み命令や書き込み命令などの、より根本的な命令に対応するビット列の数値のことを機械語という。なお上記の説明では、説明の都合上パソコンで説明したが、組み込み機器などのマイコンCPUでも、内部的には機械語で処理している。条件分岐とプログラムカウンタ（※ 高校の範囲外。普通科だけでなく、たぶん工業高校でも習わないかも？）中学の技術家庭科の技術分野などで、右図のような条件分岐のフローチャートを見たこともあるだろう。さて、条件分岐の実現方法の仕組みは、さきほど説明したプログラムカウンタを使うだけである。「条件が満たされた場合のみに、プログラムカウンタに記憶されたアドレス値を、分岐先の命令のアドレスに書き換える」という仕組みを作ればい良いだけである。アセンブリ言語とプログラミング言語アセンブリ言語 - ※ アセンブリ言語は現在では普通科「情報」の範囲外だが、昔は教えてたらしい。今の普通科高校の教科書でも、「アセンブリ」の用語こそ教科書中には無いものの、図表などで教科書中にアセンブリ言語に似たような概念を示している。コンピュータは数値しか記憶できないので、たとえば、コンピュータ設計者が「 - かりに、データの移動命令を「1」として、 - かりに、データの保存命令を「2」として、 - かりに、データのコピー命令を「3」とすれば、」・・と決めるわけだが、しかし、設計者以外の一般の人間には「1」とか「2」だけの数字を見ても意味が分かりづらい。なお、説明のため「コピー命令を「3」」とか書いたが、実際のパソコンでは、命令は何らかのビット列である。たとえば、「10101011000110」とかビットの数字が並んでいても、人間には意味が分からない。ビット列になると、一般人には、もっと意味が分からない。そこで、一般の人間が命令を理解しやすいように、「 - かりに、データの移動命令を「MOVE」として、 - かりに、データの保存命令を「SAVE」として、 - かりに、データのコピー命令を「COPY」とすれば、 - かりに、処理の終了命令を「STOP」とする。」などにしてみよう。（※ この「MOVE」「SAVE」などの命令語は、説明用に仮に決めただけであり、情報科学の専門用語でないので暗記しなくてよい。）そして、コンピュータ的なのかわりに、のような文章にすれば、人間にとっても「たとえば次に○○の保存を実行する。その次に、△△のコピー作業を実行する。その次に、××を移動する。」という命令だと理解しやすい。コンピュータにとっても、命令「MOVE」を「1」に置き換え、同様に命令「SAVE」を「2」に置き換え、命令「COPY」を「3」に置き換え、命令「STOP」を「99」に置き換えれば、処理できる。この「MOVE」「SAVE」「COPY」「STOP」のように、人間が命令を理解しやすいように、機械語を英単語などに書き換えたもののことを「アセンブリ言語」(assembly lamguage)という。（※ アセンブリ言語は普通科「情報」の範囲外。なお、「MOVE」「SAVE」などは説明用に、仮に、この教科書で決めただけの単語であり、けっして、アセンブリ言語の専門用語ではないので、「MOVE」「SAVE」などは暗記しなくてよい。）（※ そもそもアセンブリ言語はCPUの種類によって異なるので、暗記しなくてよい。）別途、アセンブリ言語の命令「MOVE」を機械語「1」に置き換え、同様に（アセンブリ言語の）命令「SAVE」を（機械語）「2」に置き換え、同様に命令「COPY」を命令「3」に置き換える、という回路を用意しておけば、その回路を使ってアセンブリ言語を機械語に置き換えできる。同様に、別途、機械語の命令「1」をアセンブリ言語の命令「MOVE」に置き換え、同様に（機械語の）命令「2」を（アセンブリ言語の）命令「SAVE」に置き換え、同様に命令「3」を命令「COPY」に置き換える、という回路を用意しておけば、その回路を使って機械語をアセンブリ言語に置き換えできる。（※ 範囲外: ）なお、アセンブリ言語は、パソコンでもハードウェアを制御する際に使われる。また、マイコンCPUを制御する際にはアセンブリ言語によるプログラミングが一般に使われる。機械語やアセンブリ言語のことを「低級言語」と言います（実教出版『情報I』）。いっぽう、C言語やPythonなどプログラミング言語のことを「高級言語」と言います。なお、日本語や英語などのように人間が日常生活で使っている言語のことは「自然言語」と言います。それに対し、プログラミング言語は（自然言語ではなく）「人工言語」に分類されます（数研出版）。翻訳サイトやテキストマイニングなどのような技術は、「自然言語解析」とも言われます（実教 I）。 ※ 実教出版の教科書では翻訳サイトについては書いてないが、wiki側で文脈の都合で追記）プログラミング言語 - ※ この節は主にパソコンの話題。マイコンの話題は無し。 - ※ 2023年現在、新課程で必履修の『情報I』に降りてきた単元。実際には、アセンブリ言語は、人間が大量のコードを読むには向いていない等の理由があるので、なので、アセンブリ言語をさらに人間が読みやすいように置き換えたプログラミング言語というものが用いられる。中学で「BASIC」や「C言語」などというプログラミング言語の存在を習ったと思う。プログラム言語のコードが書かれたファイルのことをソースコードという。あるソフトウェアのソースコードを読めば、もしも読み手に、プログラミング言語の専門知識が充分にあれば、そのソフトウェアのしくみが読み手に分かってしまう。 BASICやC言語も、そのプログラムを実行する場合、最終的にはコンピューター内部では、そのプログラミング言語のコードを、機械語の命令に置き換えて、そしてCPUなどが機械語の命令を処理している。なお、プログラム言語で書かれたコードを、ソースコードをまとめて機械語の命令に置き換える装置やソフトウェアのことをコンパイラ（compiler）という。そして、コンパイラを実行すること（つまり、プログラム言語で書かれたコードを機械語の命令に置き換えること）を「コンパイルする」（compile）などという。 C言語やC++がコンパイル方式である。（※ 範囲外： Javaはやや特殊で、マシン語ではなく中間言語に翻訳する方式。検定教科書では Java もコンパイル方式だと紹介しているものもあるが、誤解をまねきやすい表現である。）いっぽう、ソースコードを実行時に毎回、解釈して処理を実行する方式を古くはインタプリタ（interpreter）といい、たとえばJavaScriptやPythonはインタプリタ方式のプログラミング言語であるが、最近はこのような方式を「スクリプト」ともいう（実教出版I）。 - ※ 数研出版に英訳 "interpreter" あり。 - ※ 検定教科書には「1行ずつ機械語に置き換える」とインタプリタの説明があるが、やや不正確。それはBASICやPythonの話。JavaScriptは行末にセミコロン;があるかで判定するので、1行単位ではないので。一般的に、プログラムはコンパイル方式で言語でプログラムされたほうが動作が速い（東京書籍『情報II』）。C言語はコンパイル方式ですが、C言語はOSの開発にも用いられています（数研出版）。 - ※ OSは処理が速くなければならないので、C言語を使うのが合理的である。関連づけて覚えよう。なお、もちろんOS以外のプログラミングにもC言語は使える。 - ※ また、パソコンOSだけでなく、家電などのコンピュータも、普通はC言語でプログラミングされている。ほか、スーパーコンピューターのプログラム言語としてもC言語が好まれている（※日本文教出版『情報I』）。一方、インタプリタ方式は「コンパイル処理が不要なため、編集後に即座に実行できたり（実教出版『情報II』）、また、対話的な処理に向いていることが多い（東京書籍『情報II』）。 - （※ 参考。範囲外 :）コンパイルして機械語の命令に置き換えたファイルだけでは、もとのプログラムのコードは読めない。機械語に置き換えたファイルを無理やり読もうとしてファイルを読み取りモードで開いても（システムを破壊する可能性があり危険なので、ためしてはいけない。）、「1f 42 6d 3e 25」みたいな意味不明の文字列があらわれたり、あるいは「z8あgqf 8jゆmfpaw9a:」みたいな意味不明な文字列が現れたりするだけである。このため、そのソフトウェアのプログラムの仕組みを秘密にしておきたい場合、ソースコードは非公開にして配布せずにしておき、コンパイル後のソフトウェアのみを配布することで、プログラムのしくみを秘密にできる。 - （※ 参考。範囲外 :）なお、ソースコードの書かれたファイルのアイコンを、パソコン上でダブルクリックしても（一般的にアイコンをダブルクリックすると、そのファイルを開くことになる）、単にコードが画面に表示されるだけである。ソースコードの書かれたファイルのアイコンをダブルクリックしても、そのプログラムはまだ機械語でないので、書かれたコードの内容は実行されない。なお、アセンブリ言語の話に戻るが、「読み込み」命令は、仮に「上書きコピー命令」という命令を根本的な命令と考えれば（※ 「上書きコピー命令」という命令名称は仮名なので覚えなくて良い）、つまり「読み込み」命令とは「CPU外部の（メモリ上などの）読み込み元アドレスにあるデータをもちいて、レジスタのデータを上書きコピーしろ」という命令である。（読み込み元アドレスにある読み込み元データと、上書きをされた（レジスタにある）書き込み先データは、同一内容のデータになるので、コピー命令の一種である。なので「上書きコピー命令」と名付けたわけだ。）そして、「書き込み」命令も、仮に「上書き」命令というのを考えれば、「書き込み」命令とは「今のレジスタのデータを用いて、CPU外部の（メモリ上やハードディスク上などの）書き込み先アドレスにあるデータを上書きしろ」という命令である。（レジスタにある読み込み元データと、上書きをされた（レジスタにある）書き込み先データは、同一内容のデータになるので、コピー命令の一種である。）このように、「読み込み」命令も「書き込み」命令も、どちらとも「上書きコピー命令」命令である。単に、レジスタからCPU外部に上書きするか、それともCPU外部からレジスタに上書きするか、・・・という方向性が違うだけである。このため、アセンブリ言語では「読み込み」や「書き込み」「データの移動」「データの複製コピー」、・・・などの命令を、同一のアセンブリ命令（たとえば命令「MOV」（MOVEが由来だが、作業内容は「移動」ではなく「上書きコピー」である））で扱っている場合も多い。なお、「a＝4」（変数aに数値4を代入）のような代入命令も、じつはコピー命令である。なぜなら、変数aの中身を記録するためのアドレスに、4をコピーするからである。（要するに、代入命令も命令「MOV」で実現できる。）参考: さまざまなプログラミング言語プログラミング言語の種類は、さまざまである。実務で、用途に沿ったプログラミング言語が用いられる。たとえば、ウェブアプリケーションの用途では、「PHP」（ピーエイチピー）あるいは「Perl」（パール）や「Python」（パイソン）・「Ruby」（ルビー）・「Java[† 1]」（ジャバ）・「Go」（ゴー）などのプログラミング言語が用いられる。ウェブページのプログラミングでは、「JavaScript[† 1]」（ジャバスクリプト）などのプログラミング言語が用いられる。また、オフィススイートなどのアプリケーションでは「マクロ言語」や「VBA」の様な簡易言語が用いられるが、保守性などの理由から TypeScript などの相対的に高度なスクリプティング言語が用いられることもある。組み込みソフトウェアなどでは、「C言語」・「C＋＋」（シープラスプラス）あるいはアセンブリ言語などのプログラミング言語が用いられる。 ※ 範囲外: システムコール ※ 主にパソコンの話題。一般に、オペレーティングシステムが他の企業の製品などに変わってしまえば、アプリケーションは動作しなくなる。たとえば、マイクロソフト社のオペレーティングシステムwindows向けに作られたアプリケーションの実行ファイルの多くは、アップル社のオペレーティングシステム Mac OS（マックオーエス）の上では動作しない。また、windows向けアプリケーションの実行ファイルの多くは、オープンソースOSのLinux（リナックス）上でも動作しない。同様に、Linux 向けに作成されたアプリケーションの実行ファイルの多くは、 windows上やMac OS上では、動作しない。なぜ、こうなるのか？アプリケーションは、ハードウェアを制御しやすいように機械語に変換してあるのに、なぜ、特定のオペレーティングシステムが必要になるのか？実は、世間のアプリケーションのほとんどは、OSがアプリケーション向けに提供する機能（一般に「API」（エーピーアイ、application programming interface）という）を利用しているだけである。そして、アプリケーションのプログラムの内容は、そのOSの提供する複数の機能（API）を、組み合わせて、目的の処理を作っているだけである。アプリケーションの動作内容を、プロセッサが理解出来るように翻訳することが、ほとんどの場合のアプリケーションでのコンパイルの目的である。アプリケーションは顧客であり、OSがサービス提供者である。アプリケーションは単に、サービス提供者であるOSに、要望を提出しているだけにすぎない。そしてOSは、読み込んだアプリケーション動作要望を実現するため、プロセッサなど各種資源の調整を行い要求されたサービスを実施する。アプリケーションが各種サービスをOSに依頼するように、OSの機能をアプリケーションが依頼することをシステムコールという。メモリの操作やCPUの操作などの、OSの機能の中枢のプログラムのことをカーネル（kernel）という。主記憶装置と補助記憶装置 - ※ これは組み込みマイコンでもパソコンでも共通する話題。メモリ基板のように、CPUとデータを直接やりとりするためのデータを記憶している記憶装置のことを、主記憶装置という。メモリ基板は主記憶装置である。いっぽう、ハードディスクは補助記憶装置である。補助記憶装置となるものは、ハードディスクのほかにも、CDやDVDなどがある。なぜ、メモリだけ特別に「主記憶装置」と区別するのかというと、CPUとデータを直接やりとりするのはメモリ基板だから、である。いっぽう、ハードディスクは、CPUとは直接はデータをやりとりしない。ハードディスクのデータをCPUで処理したい場合、まずハードディスクのデータをメモリに読みこみ、それからCPUでメモリのデータを1つずつ処理するという方法である。つまり、メモリを仲介して、間接的にハードディスクのデータを処理するという方法が用いられる。 CDやDVDのデータを処理する場合も同様に、メモリを仲介して処理する方式である。なので、ハードディスクもCD、DVDもまとめて補助記憶装置に分類される。 - （※ 参考。範囲外。 :） OSの中には、ハードディスクなどの補助記憶装置に、ユーザー（利用者であるアナタ）がデータ書き込みを命令した際、じつはスグには書き込みが実行されずに、いったんメモリ上に記録命令の予定を確保してから、あとから、動作待ちの時などに、OSが自動的に記録を実行する方式のものもある。Windowsなども、そうなっている。一般に、ハードディスクなど補助記憶装置の処理速度は、メモリよりも速度が低い。なので、このように書き込み処理作業を後回しにする仕組みを採用しているOSもある。 - このようなOSでは、まだハードディスク書き込みが終わってないのにかかわらず、ユーザの視点からは、あたかもハードディスク書き込みが高速に終わったかのように見える場合もある。 - パソコンの勉強では、OSの画面表示の内容と、実際に実行された処理の内容とが、実はあまり一致してない場合もある事に、気をつける必要がある。OSの画面表示の内容は、初心者向けに、だいぶ意訳をされてて、あまり正確でない内容が表示されている場合もある。 - 例えば（データ破損の恐れもあるので、オススメできない行為だが）ウィンドウズOSに、外付けハードディスクへの書き込み命令を指示したあと、ウィンドウズでは書き込み完了のアイコンがすぐに出るので、その直後にすぐにパソコン本体の電源ボタンを物理的に押して電源を落とすと、実はまだハードディスクへの書き込みは実行されておらず、再起動後に外付けハードディスクの内部データを閲覧しても、さきほど書き込み命令をしたデータがまったく存在しない場合もある。なお、パソコンのマザーボードには、そのパソコンの動作監視用のために温度や電圧などを測定して制御する監視用の専用チップも入っており、そのマザーボード監視用の専用チップのことをサービスプロセッサという。（※ 工業高校の科目『ハードウェア技術』で、ここまで習う。） ※ 範囲外クロック信号の発生方法 - （※ 普通科の範囲外）フリップフロップの教科書などを見ると、前提としてクロック信号が存在しているのだが、そもそもクロック信号は、どうやってつくるのだろうか？ CPUのクロック信号の発振方法は、「水晶発振子」または「セラミック発振子」といった電子部品を使って、クロック信号を発生させる。（「セラミック発振子」でネット検索すれば、電子部品メーカーのホームページなどが出てくるので、それを読むのが、理解には手っ取り早い。）一般に、IC（集積回路）やLSIでは、水晶振動子やセラミック発振子を用いて、高いクロック周波数を発生させる。（※ 参考文献: 電波新聞社『電子回路入門講座』、見城尚志・高橋久、2012年第1版10刷、235ページ）ハードウェアデバイスを動かす仕組みパソコンに接続された外付けハードディスクやディスプレイモニターなど、いろんなハードウェアがありますが、これらはどういう仕組みで制御されてるのでしょうか？詳しい仕組みは企業側が非公開にしていますが、一般には、機械語で制御してると考えられています。つまり、パソコンから、たとえば「1101 0100」などの信号が送られてきて、ハードウェアは単に、送られた信号にもとづいて、動作をしているだけです。では、そのような動作をできるするためには、どうすればいいでしょうか？とりあえず、読者は中学校でロボット車を制御する原理を習ったと思うので、ここwikibooksでもロボット車の例で考えてみましょう。説明の簡単化のため、デジタル制御のモーターとそのモータの接続されたタイヤがついた、ロボット車で考えましょう。簡単のため、 - 正面方向にすすむためタイヤに接続したモータをモータAとし、 - 右方向に向きを変えるためのタイヤに接続したモータをモータBとし、 - 左方向に接続するためのタイヤに接続したモータをモータCとし、 - 後ろ方向に接続するためのタイヤに接続したモータをモータD としましょう。こうすれば、パソコンはロボット車にどのモータを動かすかの指令を送るだけで、車を前後左右に自由に動かせます。（※ 実際には、正面方向に進むためのモータと、後ろ方向に進むためのモータとは、ひとつのモータに流す電流の向きを変えれば前後の両方にも使えるだろうから、1つのモータでも可能かもしれない。同様に左右のモータも、1つのモータでも可能かもしれない。よって、前後用に1つのモータと、左右用に1つのモータとで、合計2つのモータで対応可能かもいれない。だが、本書では、説明の簡単化のため、各方向ごとに4つのモータを使うことにしよう。）これを機械語の視点で考えてみましょう。まず、ロボット車の設計者は（※ あなたが、仮に、中学生用の技術家庭科のためのロボット車の実技教材を設計する企業の技術者だったと仮定しよう）、4つあるモータのうち、どのモータを動かすかを、機械度で指定しなければなりません。そのため、下記のように、まずは仕様を決めて、モータと機械語を対応させる必要があります。 - どのモータも動かさない 000 - モータA 001 - モータB 010 - モータC 011 - モータD 100 少なくとも、5つの命令が必要そうです。なお、この仕組みだけだと、「モータAとモータBを同時に動かす」という事ができません。ですが、簡単のため、とりあえず、ひとつづつモータを動かす仕組みにしましょう。さて、モータを何秒間、どの程度の強さで具体的にどのていど動かすかは、モータの番号だけでは不明です。とりあえず、モータの強さを「弱、中、強」の3段階にしましょう。きっと、モーターに長す電流の大きさを3段階に設定しとけば、モータの出力の強さも三段階に分けられるでしょう。機械語は - モータの出力なし 00 - 出力は弱 01 - 出力は中 10 - 出力は強 11 としましょう。さて、「ロボット車の前方やや右側にある目的地につくため、とりあえずモータを強度『中』で、とりあえず15秒間ほど、前進させたい」としましょう。どうすればいいか、考えましょう。とりあえず、「何秒間、モータを動かすか」というのも命令できるように設計する必要がありそうです。とりあえず1秒単位で走行時間をセットできるように設計したとしましょう。作業「ロボット車の前方やや右側にある目的地につくため、とりあえずモータを強度『中』で、とりあえず15秒間ほど、前進させたい」を実行するには、 - 走行時間は「15」秒、 - 強度は「中」 - 方向は「前進」のように、作業を分解する必要があります。そして、この作業を機械語に（設計者が）翻訳する必要があります。翻訳すると、 - 走行時間は機械語「0000 1110」（2進数で15に対応）、 - 強度は「01」（中） - 方向は「001」（モータA）のようになります。ハード側の視点では、まず、どのハードを制御するかの命令が必要なので、 - 方向は「001」（モータA）という情報がまっさきに必要です。つづいて、出力の強さを決める必要があるでしょう。そのあとに、その強さで何秒間動かすかの情報が必要でしょう。つまり、ハード側からすると、情報を知りたい順序は、 - 方向は「001」（モータA） - 強度は「01」（中） - 走行時間は機械語「0000 1110」（2進数で15に対応）、のような順序になります。もし、これを機械語にそのまま並べると、 - 「0010100001110」となりますが、よみづらいので、とりあえず - 「001 01 0000 1110」としましょう。しかし、これでも、3桁の「001」と2桁の「01」と8桁の「0000 1110」が混ざってて分かりづらいので、 4桁づつに - 「0001 0001 0000 1110」という機械語を送ることにしましょう。そのためには、まず、モータの機械語の設計を - どのモータも動かさない 0000 - モータA 0001 - モータB 0010 - モータC 0011 - モータD 0100 のように修正する必要があります。また、モータ出力強度の機械語も修正し、 - モータの出力なし 0000 - 出力は「弱」 0001 - 出力は「中」 0010 - 出力は「強」 0011 としましょう。こうすれば、 - 「0001 0001 0000 1110」の信号を送ることによって、このロボット車は作業「ロボット車の前方やや右側にある目的地につくため、とりあえずモータを強度『中』で、とりあえず15秒間ほど、前進させたい」を実行できます。上述のように、ロボットに命令をする場合には、設計者が、作業を機械語で処理できるように、設計する必要があります。一般に、アセンブラには、機械語の信号をパソコンなどのポートから出力する機能があります(OUT命令というのがある)。それを使って、原理的には信号を出力できますので、上述のような制御もできます。（というか、そうでないとパソコン周辺装置などを製造しているハードメーカー企業がデバイスドライバを作れない） - ^ 後閑哲也『たのしくできるPIC電子工作』、東京電機大学出版局、2003年3月20日、第1版9刷発行、56ページ ISBN9784501320508

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